現像装置及びこれを用いた画像形成装置、トナー保持体
【課題】現像時のトナー保持体のトナー保持面に対するトナーの付着力を低減しながら現像効率を向上させる。
【解決手段】静電潜像が保持された像保持体１に対向して設けられ、回転可能な支持体３、および、この支持体の３表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体４を有し、表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体２と、このトナー保持体２の表面部を面方向に沿って振動させる振動付与手段５と、を備え、振動付与手段５は、弾性体４の表面部に設けられ且つトナー保持体２のトナー保持面に対して面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体６と、少なくとも像保持体１上の静電潜像が現像に供される現像領域ＤＲに対応した部位にて振動体６が振動するように振動体６に対し振動力を供給する振動力供給手段７と、を具備している。
【解決手段】静電潜像が保持された像保持体１に対向して設けられ、回転可能な支持体３、および、この支持体の３表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体４を有し、表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体２と、このトナー保持体２の表面部を面方向に沿って振動させる振動付与手段５と、を備え、振動付与手段５は、弾性体４の表面部に設けられ且つトナー保持体２のトナー保持面に対して面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体６と、少なくとも像保持体１上の静電潜像が現像に供される現像領域ＤＲに対応した部位にて振動体６が振動するように振動体６に対し振動力を供給する振動力供給手段７と、を具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置及びこれを用いた画像形成装置、トナー保持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、進行波電界を使用する現像装置において、トナーを進行波電界によって保持して搬送するベルト部材の現像領域より上流側において、ベルト部材の裏面に接触する振動ローラを設け、この振動ローラと、振動ローラから離間して配置された電極部材との間に振動電界を作用させることで、振動ローラを振動させ、ベルト部材をその厚み方向に振動させる構成が記載されている。
また、特許文献２には、トナー担持体にその回転軸方向に沿った複数の線状電極を設け、現像領域に位置する二つの線状電極及びトナー担持体に所定の電圧を印加することで、現像領域にあるトナー担持体上からトナーをクラウド化させる構成が記載されている。
更に、特許文献３には、現像スリーブ内部に圧電フィルムを対向する位置二箇所に帖着し、圧電フィルムを振動させることで現像スリーブを径方向（断面方向）に変形させる構成が記載されている。
更にまた、特許文献４には、現像剤担持体に振動部材を設け、現像剤担持体の回転方向、接触面の接線方向、回転軸方向などに微小振動を与えることが記載されている。
そして、特許文献５には、現像ローラ上のトナーを均一化するために、現像ロールを軸方向に振動させる機構が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２８０２１号公報（発明を実施するための最良の形態、図２）
【特許文献２】特開平７−２０９９８２号公報（実施例、図２）
【特許文献３】特開平９−１１４２３６号公報（発明の実施の形態、図３）
【特許文献４】特開平６−２６６２１４号公報（実施例、図１）
【特許文献５】特開平６−１６１２２７号公報（実施例、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、現像時のトナー保持体のトナー保持面に対するトナーの付着力を低減しながら現像効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、静電潜像が保持された像保持体に対向して設けられ、回転可能な支持体、および、この支持体の表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体を有し、表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体と、このトナー保持体の表面部を面方向に沿って振動させる振動付与手段と、を備え、前記振動付与手段は、前記弾性体の表面部に設けられ且つ前記トナー保持体のトナー保持面に対して面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体と、少なくとも前記像保持体上の静電潜像が現像に供される現像領域に対応した部位にて前記振動体が振動するように当該振動体に対し振動力を供給する振動力供給手段と、を具備することを特徴とする現像装置である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る現像装置において、前記振動力供給手段は、前記振動体が前記トナー保持体の回転軸方向に沿う面方向に振動するように前記振動体に対し振動力を供給することを特徴とする現像装置である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る現像装置のうち前記支持体がロール状部材である態様において、前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、前記支持体の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイルを含み、前記トナー保持体の少なくともトナー保持面に対して前記コイルを埋設したものであり、前記振動力供給手段は、前記支持体のうち少なくとも前記コイルが巻かれた部位に対応して設けられ且つ前記支持体の回転軸方向に沿う磁場を発生させる磁場発生源と、前記コイルに予め決められた周期で極性が変化する電流を供給する電流供給源と、を備えることを特徴とする現像装置である。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る現像装置において、前記コイルは、前記トナー保持体の回転軸方向における現像可能な現像可能領域に対応する部位に亘って設けられることを特徴とする現像装置である。
請求項５に係る発明は、請求項３に係る現像装置において、前記コイルは、前記トナー保持体の回転軸方向における一部に設けられることを特徴とする現像装置である。
請求項６に係る発明は、請求項３乃至５のいずれかに係る現像装置において、前記磁場発生源は、前記支持体として磁場を発生する磁石部材を用いたことを特徴とする現像装置である。
請求項７に係る発明は、請求項３乃至５のいずれかに係る現像装置において、前記磁場発生源は、前記支持体を磁場の発生が可能な磁性材料で構成すると共に、当該支持体の外部に支持体を磁化することで前記支持体に磁場を発生させる磁石部材を備えることを特徴とする現像装置である。
請求項８に係る発明は、請求項１又は２に係る現像装置において、前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層に圧電材料が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層の前記圧電材料はトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が当該面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、前記振動力供給手段は、前記像保持体と前記トナー保持体との間に極性が周期的に変化する振動電界を供給する振動電界供給源を備えることを特徴とする現像装置である。
請求項９に係る発明は、請求項８に係る現像装置において、前記圧電材料は、針状粒子であることを特徴とする現像装置である。
【０００７】
請求項１０に係る発明は、静電潜像を保持して回転する像保持体と、この像保持体に対し離間して配置され且つ当該像保持体上の静電潜像をトナーにて現像する請求項１乃至９のいずれかに係る現像装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。
請求項１１に係る発明は、表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体であって、回転可能な支持体と、この支持体の表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体と、この弾性体の表面部に設けられ且つ外部から供給される振動力によってトナー保持面に対し面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体と、を備えることを特徴とするトナー保持体である。
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係るトナー保持体において、前記支持体は、回転軸方向に沿った磁場が発生する磁石部材又は外部の磁石部材によって回転軸方向に沿った磁場が発生可能な磁性部材を含むロール状部材であり、前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、予め決められた周期で極性が変化する電流が流されるように、前記支持体の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイルを有し、当該コイルを少なくともトナー保持面に対して埋設したことを特徴とするトナー保持体である。
請求項１３に係る発明は、請求項１１に係るトナー保持体において、前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層に圧電材料が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層は圧電材料がトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が前記面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、トナー保持面の法線方向に対して極性が周期的に変化する振動電界を作用させることで、前記圧電材料がトナー保持面の面方向に沿って振動することを特徴とするトナー保持体である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、現像時のトナー保持体のトナー保持面に対するトナーの付着力を低減しながら現像効率を向上できる。
請求項２に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、現像される画像に対する振動の影響をより小さく抑えることができる。
請求項３に係る発明によれば、トナー保持面がトナー保持体の回転軸方向に振動する構成を容易に実現できる。
請求項４に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、トナー保持面の性状を均一化しつつ一様な振動も行わせ易くなる。
請求項５に係る発明によれば、コイルをトナー保持体の現像可能領域に対応する部位に亘って設ける場合に比べて、使用電力を低減させることができる。
請求項６に係る発明によれば、現像装置内において支持体を磁化するための部材が不要になる。
請求項７に係る発明によれば、支持体を予め決められた方向に磁化するための着磁装置を不要にできる。
請求項８に係る発明によれば、トナー保持体のトナー保持面を振動させるために現像電界を利用することができる。
請求項９に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、圧電材料をトナー保持面の面方向に沿って配向させ易くなる。
請求項１０に係る発明によれば、現像時のトナー保持体のトナー保持面に対するトナーの付着力を低減しながら現像効率を向上できる画像形成装置を提供できる。
請求項１１に係る発明によれば、トナー保持面に対し面方向に沿った振動をさせることができるトナー保持体を提供できる。
請求項１２に係る発明によれば、トナー保持面を支持体の回転軸方向に沿って振動させることができるトナー保持体を提供できる。
請求項１３に係る発明によれば、現像電界を利用してトナー保持面を面方向に振動させることができるトナー保持体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明が適用された現像装置の実施の形態の概要を示す説明図であり、（ｂ）はコイルが埋設された振動体を用いたトナー保持体、（ｃ）は圧電材料が埋設された振動体を用いたトナー保持体を示す。
【図２】トナー保持体に対するトナーの付着力の変化を示す説明図であり、（ａ）はトナー保持体が振動しない場合、（ｂ）はトナー保持体が振動する場合を示す。
【図３】実施の形態１に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図４】実施の形態１の現像装置の概要を示す説明図である。
【図５】（ａ）は実施の形態１の現像ロールの構成を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。
【図６】実施の形態１の現像ロールの周辺構成を示す説明図である。
【図７】（ａ）は実施の形態２の現像ロールの構成を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。
【図８】実施の形態２の変形例の現像ロールの構成を示す説明図である。
【図９】（ａ）は実施の形態３の現像ロールの構成を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。
【図１０】（ａ）は実施の形態３の現像ロールの振動体を形成する方法を示す説明図であり、（ｂ）は圧電材料の分散状態を示す説明図である。
【図１１】（ａ）は実施の形態３の現像ロールにおける圧電材料の分極過程、（ｂ）は現像領域での作用を示す説明図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は実施例で用いた装置構成を示す説明図である。
【図１３】実施例での現像ロールを振動させるために用いた駆動構成を示す説明図である。
【図１４】実施例の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
◎実施の形態の概要
先ず、本発明が適用された現像装置の実施の形態の概要について説明する。
図１（ａ）は、本発明を具現化する実施の形態モデルに係る現像装置の概要を示すものであって、静電潜像が保持された像保持体１に対向して設けられ、回転可能な支持体３、および、この支持体の３表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体４を有し、表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体２と、このトナー保持体２の表面部を面方向に沿って振動させる振動付与手段５と、を備え、振動付与手段５は、弾性体４の表面部に設けられ且つトナー保持体２のトナー保持面に対して面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体６と、少なくとも像保持体１上の静電潜像が現像に供される現像領域ＤＲに対応した部位にて振動体６が振動するように振動体６に対し振動力を供給する振動力供給手段７と、を具備している。
【００１１】
ここで、トナー保持体２はトナーが保持されるものであればよく、現像装置で使用される現像剤としては、トナー保持体２に保持される一成分系トナーであってもよいし、例えばトナー及びキャリアを含む二成分系現像剤を用い、そのうちのトナーをトナー保持体２で保持するようにしても差し支えない。更に、トナーとしては非磁性トナーであってもよいし、磁性トナーであっても差し支えない。更にまた、トナー保持体２は、像保持体１に対して振動が画像に影響を及ぼさない範囲であれば接触してもよいが、振動の影響を避ける観点からは離間している方が好適である。
【００１２】
支持体３は、ロール状部材が好適であるが、ベルト状部材であっても差し支えなく、ベルト状部材にあっては、特に、後述する圧電材料１１が分散された圧電分散層を振動体６とする態様での適用が容易となる。
また、弾性体４は、その構成が複数層で構成されていても差し支えないが、硬すぎると十分振動できない虞があり、通常、ＪＩＳ硬度３０度以下のものが適用される。
【００１３】
そして、振動付与手段５は、トナー保持体２の表面部を面方向に沿って振動させるものであり、弾性体４の表面部にトナー保持体２のトナー保持面に対して面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体６を有している点に特徴がある。また、振動付与手段５は、少なくとも現像領域ＤＲにて振動体６が振動するように振動体６に振動力を供給する振動力供給手段７を有している。このような振動力供給手段７としては、通常、振動体６に対して磁気的又は電気的エネルギーを、直接的又は間接的に与えることで振動体６を振動させるようになっていればよい。尚、トナー保持体２が回転する際、例えば部材の寸法許容差や組み立て精度等によって、トナー保持体２自体が回転方向とは異なる方向に多少変動することは、ここでいう振動とは異なる。
【００１４】
また、弾性体４の表面部に振動体６を設けるとは、弾性体４の表面部に弾性体４とは異なる振動体６を設けるようにしてもよいし、例えば弾性体４を複数の層構成とし、最上層を振動体６とするようにしてもよく、振動体６が振動することで、トナー保持体２のトナー保持面が面方向に沿って振動するようになっていればよい。
【００１５】
振動体６の振動方向は、トナー保持体２のトナー保持面が面方向に沿う方向の振動を与えられる方向であればよく、トナー保持体２の回転方向に交差する幅方向（つまり回転軸方向）及びこの回転軸方向に交差する交差方向を含むものが挙げられる。このような振動方向において、像保持体１上の静電潜像への影響を軽減し、更に、現像される画像に対する影響を軽減する観点からすれば、振動力供給手段７は、振動体６がトナー保持体２の回転軸方向に沿う面方向に振動するように振動体６に対し振動力を供給することがよい。このとき、「トナー保持体２の回転軸方向に沿う面方向に振動する」とは、振動体６の振動がトナー保持体２の回転軸方向に振動する成分が主体となる振動であればよいことを意味する。
【００１６】
ここで、トナー保持体２のトナー保持面を面方向に振動させる理由について説明する。
近年、高画質化の目的でトナーは小粒径化の方向に進んでいるが、トナーが小粒径化するに伴い、トナー一個あたりの帯電量も小さくなり、現像領域ＤＲで作用する従来の現像電界による静電気力ｑＥ（ここで、ｑはトナーの有する電荷量、Ｅは電界強度を表すものとする）が、所謂非静電的なファンデルワールス力と同等な力の範囲となりつつある。電界強度Ｅを大きくするには、像保持体１とトナー保持体２との間隙を狭くし、トナー保持体２側の電位と像保持体１側の潜像電位との差を大きくとることであるが、現状においても、放電リークが発生しない程度に十分大きな電界が既に用いられている。また、トナー一個あたりの電荷量ｑを大きくすることも想定されるが、トナーの帯電はその表面を利用するため、トナーの小径化により表面積が半径の二乗で小さくなることを考えると困難になる。更に、単純に電荷量ｑを大きくすると、静電的な付着力は、（ｑ／ｄ）２に比例する（ここで、ｄはトナーの直径）ので、現像に際しては却って強い電界を必要とする。
【００１７】
更にまた、現像領域ＤＲに至るまでのトナーは、例えば摩擦帯電の際にトナー保持体２側に押し付けられたりされる。そのため、トナーにはトナー保持体２に対する静電的な付着力以外にも非静電的な付着力が作用し、結果的に現像領域ＤＲに至るトナーはトナー保持体２に対する付着力がかなり大きなものとなる。
【００１８】
このような現象に対し、現像時の現像電界の電界強度をある程度小さくした状態で小粒径化したトナーをトナー保持体２から引き剥がすには、現像電界による静電的な力の他にトナー保持体２に対する付着力を低減させる物理的な力を作用させることが想定される。このような物理的な力として、少なくとも現像領域ＤＲにおいてトナー保持体２を振動させることで、トナーのトナー保持体２に対する付着力を低減させ、小粒径化したトナーであっても、ある程度の電界強度を有する現像電界によってトナー保持体２からのトナーの引き剥がし効果が十分期待される。
【００１９】
図２は、現像領域ＤＲでのトナー保持体２上のトナーＴの様子を示す模式図である。
（ａ）はトナー保持体２のトナー保持面が振動しない場合であり、トナー保持体２に対するトナーＴの付着力がＦ１のときに、トナーＴを引き剥がすには現像電界の電界強度として例えばＥ１が必要となる。一方、（ｂ）はトナー保持体２のトナー保持面が振動する場合であり、トナー保持体２に対するトナーＴの付着力がＦ２のときに現像電界の電界強度としてＥ２が必要となることを示している。
【００２０】
（ｂ）のように、現像領域ＤＲにてトナー保持体２のトナー保持面を面方向に沿って振動させることで、トナーＴには図中Ｆ０で示す力が作用し、トナー保持体２に対するトナーの付着力Ｆ２はトナー保持体２を振動させない場合に比べて小さくなる（Ｆ２＜Ｆ１）。これにより、トナー保持体２からトナーＴを引き剥がすための電界強度Ｅ２もトナー保持体２を振動させない場合（電界強度Ｅ１に相当）に比べて小さくて済む。
【００２１】
更に、トナー保持体２の振動方向は、トナー保持体２のトナー保持面の面方向に沿う方向であるため、振動によってトナー保持体２と像保持体１との間隙や圧力が変化することは殆ど想定されず、その分、現像領域ＤＲでの安定した現像は特に支障なくなされる。仮に、振動方向がトナー保持体２と像保持体１との間隙を変化させるような方向であると、像保持体１の静電潜像を現像する際、間隙の変化に対応した現像がなされる結果、例えば振動周期に合った所謂バンディング等の画像欠陥を生じ易くなる。また、トナー保持体２が像保持体１に例えばトナーを介して接触する態様にあっては、トナーに対する圧力変化が生じ、圧力変化に応じた画像欠陥を生じ易くなる。
【００２２】
本実施の形態モデルでは、トナー保持体２のトナー保持面の振動が面方向に沿ったものであるため、特に、非接触交流ジャンピング現像に際し、かぶりを抑えつつ現像濃度を確保するという両方の条件設定が容易になされる。また、トナーの劣化に対しても影響され難くなる。
【００２３】
このような振動付与手段５の代表的態様としては、次のものが挙げられる。
第一態様は、支持体３がロール状部材である場合、図１（ｂ）に示すように、振動体６は、弾性体４の表面部又は弾性体４を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、支持体３の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイル８を含み、トナー保持体２の少なくともトナー保持面に対してコイル８を埋設したものであり、振動力供給手段７は、支持体３のうち少なくともコイル８が巻かれた部位に対応して設けられ且つ支持体３の回転軸方向に沿う磁場を発生させる磁場発生源９と、コイル８に予め決められた周期で極性が変化する電流を供給する電流供給源１０と、を備えるものが挙げられる。
【００２４】
このような第一態様によれば、支持体３によって発生する磁場と、支持体３を取り囲むように設けられたコイル８に電流供給源１０からの電流を供給することでコイル８の内側に発生する磁場との間に磁気的な相互作用が生じる。このとき、支持体３が回転軸方向の移動を規制されていることから、コイル８が支持体３の回転軸方向に沿って振動する力を受け、コイル８が埋設された振動体６が支持体３の回転軸方向に沿って振動するようになり、結果的にトナー保持体２のトナー保持面が回転軸方向に振動する。
【００２５】
このようなコイル８は、トナー保持体２の回転軸方向における現像可能な現像可能領域に対応する部位に亘って設けられてもよいし、トナー保持体２の回転軸方向における一部に設けられてもよい。要は、トナー保持体２のトナー保持面が面方向に沿って振動できるように、振動体６が振動すればよく、特に、トナー保持体２は、その回転軸方向に対する少なくとも現像可能領域全体が一体的に振動できるようになっていればよい。更にまた、現像可能領域を除く部位にコイル８を設け、このコイル８の振動によって現像可能領域を振動させるようにしても差し支えない。
【００２６】
また、磁場発生源９の構成を簡単にする観点からすれば、磁場発生源９は、支持体３として磁場を発生する磁石部材を用いた構成としてもよい。つまり、支持体３を永久磁石とすれば、現像装置内において支持体３を磁化するための部材が不要になる。更には、支持体３を予め決められた方向に磁化するための着磁装置を不要にする観点からすれば、磁場発生源９は、支持体３を磁場の発生が可能な磁性材料で構成すると共に、支持体３の外部に支持体３を磁化することで支持体３に磁場を発生させる磁石部材を備えるようにしてもよい。尚、支持体３を磁化する磁石部材としては、例えば電磁石を用いるようにしても差し支えないが、構成を簡略化するには永久磁石が好適である。
【００２７】
一方、振動付与手段５の第二態様は、図１（ｃ）に示すように、振動体６は、弾性体４の表面部又は弾性体４を覆う被覆層に圧電材料１１が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層の圧電材料１１はトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が当該面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、振動力供給手段７は、像保持体１とトナー保持体２との間に極性が周期的に変化する振動電界を供給する振動電界供給源１２を備えるものが挙げられる。ここで、振動電界供給源１２としては、現像領域ＤＲでの現像電界を利用することが好適である。
【００２８】
このような第二態様によれば、振動体６は、弾性体４の表面部又は弾性体４を覆う被覆層に圧電材料１１が分散された圧電分散層を有するものであり、また、圧電材料１１は、トナー保持面の面方向に沿う伸縮度が当該面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されているため、現像領域ＤＲにおける振動電界の極性変化によって、圧電材料１１が伸縮を繰り返し、この伸縮に沿った方向で振動体６が振動する。このような振動方向は、圧電材料１１の配向によって定まるが、全体としてトナー保持体２のトナー保持面を面方向に沿って振動させるものとなる。つまり、この態様では、トナー保持体２のトナー保持面が周方向全域に亘って振動するものではなく、現像領域ＤＲに位置する部位のみが振動することに特徴がある。
【００２９】
このような圧電材料１１は圧電分散層に分散させることから細かい粒子状のものが好ましく、特に、配向性をより高める観点からすれば、圧電材料１１が針状粒子であることが好適である。一般に、圧電材料１１としては各種粒子状のものが知られており、平板状や針状のものも知られている。このような圧電材料１１を振動体６としてその中に分散して配向させるには、例えば振動体６の樹脂材料と圧電材料１１等とを混合し、その混合溶液中に弾性体４が被覆された支持体３を回転させながら浸漬させるようにしたり、混合溶液中に浸漬させた後に回転軸方向に引き上げるなど、公知の方式を適宜選定すればよい。
【００３０】
そして、このような現像装置を画像形成装置に適用するには、静電潜像を保持して回転する像保持体１と、この像保持体１に対し離間して配置され且つ像保持体１上の静電潜像をトナーにて現像する現像装置と、を備え、この現像装置として上述の現像装置を用いるようにすればよい。
【００３１】
また、上述した現像装置に用いられるトナー保持体２としては、図１（ｂ）や（ｃ）に示すように、回転可能な支持体３と、この支持体３の表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体４と、この弾性体４の表面部に設けられ且つ外部から供給される振動力によってトナー保持面に対し面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体６と、を備えるようにすればよい。
【００３２】
このようなトナー保持体２としては次の態様が挙げられる。
第一の態様は、支持体３は、回転軸方向に沿った磁場が発生する磁石部材又は外部の磁石部材によって回転軸方向に沿った磁場が発生可能な磁性部材を含むロール状部材であり、振動体６は、弾性体４の表面部又は弾性体４を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、予め決められた周期で極性が変化する電流が流されるように、支持体３の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイル８を有し、コイル８を少なくともトナー保持面に対して埋設したものが挙げられる。
【００３３】
第二の態様は、振動体６は、弾性体４の表面部又は弾性体４を覆う被覆層に圧電材料１１が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層は圧電材料１１がトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、トナー保持面の法線方向に対して極性が周期的に変化する振動電界を作用させることで、圧電材料１１がトナー保持面の面方向に沿って振動するようにしたものが挙げられる。
【００３４】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は、本発明が適用された現像装置が用いられた実施の形態１の画像形成装置の概要を示す。同図において、本実施の形態の画像形成装置は、例えば電子写真方式が採用されたもので、静電潜像を保持して回転する像保持体としての感光体２０と、この感光体２０に対し離間して配置され且つ感光体２０上に保持された静電潜像をトナーにて現像する現像装置３０等が設けられている。
【００３５】
感光体２０の周りには、各種装置が予め決められた順番で配置されている。静電潜像が形成される前の感光体２０を帯電する帯電装置２１、帯電装置２１によって帯電された感光体２０に対し静電潜像を形成するために露光する露光装置２２、感光体２０上の静電潜像を現像する現像装置３０、現像装置３０によって現像された感光体２０上のトナー像を図示外の記録材供給部（図示せず）から供給された記録材Ｐ上に転写する転写装置２３、転写後の感光体２０を清掃する清掃装置２４等が設けられている。そして、転写装置２３によってトナー像が転写された記録材Ｐは、定着装置２５によって定着された後、図示外の記録材排出部に排出される。
【００３６】
本実施の形態の現像装置３０は、図４に示すように、非磁性一成分トナーが収容される現像容器３１を有し、この現像容器３１には感光体２０に対向した位置に現像用の開口３１ａが開設されている。また、この開口３１ａに面して、感光体２０と離間して配置され且つ対向する部位で感光体２０と同方向に回転するトナー保持体としての現像ロール３２を設け、感光体２０と現像ロール３２とが対向する現像領域ＤＲにて感光体２０上に形成された静電潜像をトナーによって現像するようにしたものである。
【００３７】
また、現像容器３１内には、現像ロール３２の感光体２０側と異なる側に、現像ロール３２に接触してトナーを現像ロール３２に供給する供給ロール３３が、現像ロール３２との対向部位で現像ロール３２とは逆方向に回転するように設けられている。本実施の形態の供給ロール３３は、例えば表面がスポンジ状のもので構成され、現像ロール３２との間で現像ロール３２に残留したトナーを掻き取る作用と共に、現像ロール３２に適度な量のトナーを供給する作用を奏している。
【００３８】
更に、現像ロール３２と供給ロール３３との対向部位より現像ロール３２の回転方向における下流側には、現像領域ＤＲに向かう現像ロール３２上のトナー層を規制する層規制部材３４が設けられている。この層規制部材３４は、現像容器３１に対して一端側が固定され、他端側が現像ロール３２に対し、その回転方向における上流側に向かって延びるように配置されている。この層規制部材３４によって、供給ロール３３から供給された現像ロール３２上のトナーの層厚が規制されると共に、トナーに対して所望の帯電量が付与される。また、本実施の形態では、現像容器３１内の供給ロール３３の背後にはトナーを攪拌するアジテータ３５が設けられ、このアジテータ３５の回転によってトナーが供給ロール３３側に供給される。
【００３９】
また、本実施の形態では、感光体２０側が接地されると共に、現像ロール３２に現像電源３６が接続され、この現像電源３６によって現像領域ＤＲでのトナーの飛翔が行われるようになっている。このような現像電源３６としては、例えば直流電圧が重畳された交流電圧が用いられる。
【００４０】
図５（ａ）は本実施の形態の現像ロール３２を示すもので、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。本実施の形態の現像ロール３２は、図５に示すように、支持体としての芯金３２ａと、この芯金３２ａの表面に設けられ且つ芯金３２ａ表面の面方向に沿って弾性変形が可能な弾性体３２ｂと、振動付与手段の一要素として、弾性体３２ｂの表面部を覆う被覆層にコイル４１が埋設された振動体３２ｃとで構成されている。
【００４１】
本実施の形態の芯金３２ａは、例えば軟磁性材料で構成されたロール状のものが用いられている。また、弾性体３２ｂは、例えばＪＩＳ硬度２０度の導電性シリコーンゴムで構成されている。更に、振動体３２ｃは、例えば導電性アクリル樹脂からなるコート層の中に、例えばφ６０μｍ程度のエナメル銅線やポリウレタン銅線等で構成されたコイル４１が埋設されたものとなっている。そして、本実施の形態では、振動体３２ｃの表面には例えばアミン変性シリコーンオイルが塗布されており、振動体３２ｃの表面に対してトナーの固着が抑えられている。ここで、芯金３２ａは、軟磁性材料で構成されたロール状のものを示したが、これに限られず、例えば細い軟磁性材料の周りに導体を巻くような構成であっても差し支えない。更には、芯金３２ａを中空状とするようにしてもよい。
【００４２】
コイル４１は、弾性体３２ｂを径方向に縮ませないようにして弾性体３２ｂ上の周りに例えば０．５ｍｍ程度のピッチで前記銅線が螺旋状に巻き付けられたものである。また、コイル４１への電流を供給できるように、コイル４１の両端は、芯金３２ａの両端部側に設けられて芯金３２ａとの間が絶縁された二つの環状端子４２ａ，４２ｂに対し、例えばはんだ付け等で接続されている。そのため、二つの環状端子４２ａ，４２ｂの間に電流供給源を接続することで、コイル４１に電流が流されるようになっている。
【００４３】
ここで、弾性体３２ｂや振動体３２ｃの導電性は少なくとも現像電界が作用できる程度の導電性を有すればよく、特に、振動体３２ｃにおいては、コイル４１間は銅線の被覆がなされているため、絶縁されていることは言うまでもない。また、ここで示した各種材料はあくまでも一例を示したものであり、使用する材料としては公知の材料を適宜選択して使用すればよい。
【００４４】
本実施の形態では、このような現像ロール３２を用い、図６のように構成することで、現像ロール３２のトナー保持面を振動させるようになっている。すなわち、現像ロール３２の芯金３２ａの両端には、永久磁石４３，４４を夫々設け、永久磁石４３，４４による磁極の向きを一致させることで、芯金３２ａは一定方向に磁化される。更に、芯金３２ａの周囲に設けられた環状端子４２ａ，４２ｂの位置に合わせて環状端子４２ａ，４２ｂ夫々に接触する導電性の二つのブラシ片４５ａ，４５ｂが設けられ、環状端子４２ａ，４２ｂが回転してもブラシ片４５ａ，４５ｂとの接触が常に保たれるようになっている。更に、これらのブラシ片４５ａ，４５ｂの間には、コイル４１に電流を流すための電流供給源としての交流電源４６が抵抗４７を介して接続されている。尚、芯金３２ａには現像電源３６が接続できるようになっており、また、環状端子４２ａ，４２ｂと芯金３２ａとの間は絶縁されていることは言うまでもない。
【００４５】
次に、本実施の形態の現像装置３０における作動について説明する。先ず、概要を図４に基づいて説明する。アジテータ３５の回転によって供給ロール３３に供給されたトナーは、供給ロール３３の回転によって現像ロール３２側へ供給される。このとき、本実施の形態では、現像ロール３２と供給ロール３３とが接触部位で互いに反対方向に回転していることから、供給ロール３３上のトナーは現像ロール３２側に押し付けられるようにして現像ロール３２上に供給される。
【００４６】
現像ロール３２上に供給されたトナーは、層規制部材３４によって層規制されると共に摩擦帯電され、所望の帯電量や層厚を有したトナー層が現像ロール３２の回転に伴ってそのまま下流側に搬送される。このとき、層規制部材３４によってトナーは強く現像ロール３２側に押し付けられるため、現像ロール３２に対するトナーの付着力は、層規制される前に比べて大きなものとなる。
【００４７】
層規制された現像ロール３２上のトナーは、感光体２０との対向部位である現像領域ＤＲに搬送される。現像領域ＤＲにて現像がなされた後、現像ロール３２上に残った残留トナーは、現像ロール３２の回転に伴って搬送され、現像ロール３２と供給ロール３３との接触部位にて、供給ロール３３の働きによって現像ロール３２から掻き取られる。
【００４８】
このような過程における現像ロール３２の振動作用について説明する。
図６に示すように、現像ロール３２の芯金３２ａには、二つの永久磁石４３，４４が例えば図のように配置されているため、芯金３２ａ自体が図中左側に向かう磁場を発生するものとなる。これに対し、現像ロール３２の振動体３２ｃ中のコイル４１（図５参照）には、交流電源４６から交流電流が流されるようになっているため、コイル４１を流れる電流の向きが切り替わることでコイル４１の内側（巻かれたコイル４１の内側部分）に発生する磁場は、図中の左右方向に一周期毎に切り替わるものとなる。そのため、芯金３２ａの磁場と、コイル４１によって発生する磁場との相互作用によって、芯金３２ａが回転方向以外の動きを規制されていることから、コイル４１の方が芯金３２ａの回転軸方向に沿って振動しようとする。このとき、コイル４１が埋設された振動体３２ｃは弾性体３２ｂより硬い構成であるため、振動体３２ｃが一体的に芯金３２ａの回転軸方向に沿って振動する。
【００４９】
このように現像ロール３２の表面が回転軸方向に振動することで、層規制部材３４によって更に現像ロール３２への付着力が高まったトナーであっても、トナーには振動による運動エネルギーが作用し、結果的にトナーの現像ロール３２に対する付着力が低下する。本実施の形態では、現像ロール３２上のトナーは層規制部材３４に接触した後から振動による効果が作用するため、層規制部材３４から現像領域ＤＲに至るまでにトナーには現像ロール３２の表面から引き剥がそうとする運動エネルギーが十分作用している。これにより、現像領域ＤＲにおいては、現像電源３６による現像電界が小さくてもトナーは現像ロール３２から容易に飛翔される。
【００５０】
一般的に、感光体２０上の画像におけるかぶりを低減するには、現像電界を小さくした方がよく、一方、現像濃度を確保するには現像電界をある程度大きくする必要がある。本実施の形態では、現像領域ＤＲにおける現像ロール３２上のトナーは、現像ロール３２の振動によってその付着力が低下しているため、現像電界を小さくしても、かぶりの低減並びに現像濃度の確保の双方が容易に実現される。
【００５１】
また、このような現像ロール３２の振動は、現像ロール３２の周面全体でなされるが、現像ロール３２と層規制部材３４との接触部位や現像ロール３２と供給ロール３３との接触部位では、振動方向が現像ロール３２の回転軸方向であることから特に問題にならず、層規制や現像ロール３２へのトナーの供給動作並びに掻き取り動作を阻害する虞は殆どない。
【００５２】
そして、このような振動を行わせる周波数としては、振動体３２ｃが十分振動できるような値がよく、高すぎると弾性体３２ｂの効果が現れ難くなって振動体３２ｃの十分な変位量が得られない。一方、低すぎると、振動体３２ｃの表面からトナーを引き剥がす力が弱くなり、振動させた効果が現れ難くなる。そのため、周波数としては、例えば２００〜４００Ｈｚ程度が好適であり、このような周波数は実験等で確認して選定すればよい。
【００５３】
更に、本実施の形態では、現像ロール３２の振動量は、弾性体３２ｂの弾性限界内で作用されるため、長期に亘って繰り返しの振動を行っても現像ロール３２に塑性変形が生じる虞もなく、安定した振動が長期に亘って継続される。
【００５４】
本実施の形態の現像ロール３２は、コイル４１を埋設した振動体３２ｃを用いているため、振動体３２ｃの表面が多少凹凸を帯びた面となり易いが、このような凹凸は、トナーを搬送する際の搬送力を補完するため、現像ロール３２としてはこのように多少凹凸を帯びている方がよい。そのような表面粗さとしては、算術平均粗さＲａが０．５μｍ〜１．０μｍが好適である。
【００５５】
本実施の形態では、図５及び図６に示すように、現像ロール３２の芯金３２ａとして軟磁性材料を用い、永久磁石４３，４４にて芯金３２ａを磁化する方式を示したが、例えば芯金３２ａとして硬磁性材料を用い、これを着磁装置等で芯金３２ａの軸方向に沿った方向で磁化を行わせることで、芯金３２ａを磁化するための永久磁石４３，４４を必要としない態様としてもよい。また、振動体３２ｃが一層で構成される態様を示したが、複数層であっても差し支えない。更には、弾性体３２ｂを複数層で構成し、表面側の弾性層を硬くして、この硬い弾性層中にコイル４１を埋設することで、振動体３２ｃとするようにしても差し支えない。
【００５６】
本実施の形態では、画像形成装置として、図３に示すように、単色の態様を示したが、単色に限らず、複数色備える態様であっても差し支えない。
また、ここでは、静電潜像を保持する像保持体として感光体２０を用いたが、感光体２０の代わりに、例えば画素電極をマトリクス状に配し、夫々の画素電極にスイッチング素子を設け、このスイッチング素子を制御することで、画素電極による静電潜像を形成するような方式の像保持体を用いるようにしてもよい。特に、このような画素電極を用いる場合には、潜像電位を高くしなくても、現像時に現像ロール３２に対するトナーの付着力が小さくなっていることから、容易に現像がなされる。
【００５７】
更に、現像装置３０として、図４に示すように、感光体２０と現像ロール３２との間でトナーを飛翔させる方式を示したが、例えば感光体２０のような静電潜像を保持する像保持体と現像ロール３２との間に、現像ロール３２上のトナーを飛翔させる飛翔電極を別途設け、この飛翔電極と現像ロール３２との間に振動電界を作用させて、トナーをクラウド化させる方式を用いるようにしてもよい。
【００５８】
◎実施の形態２
図７は実施の形態２の現像装置に用いられる現像ロール３２を示すもので、（ａ）は現像ロール３２の概要を示すものであり、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。本実施の形態の現像ロール３２は、実施の形態１の現像ロール３２（図５参照）と略同様に構成されるが、コイル４１が現像ロール３２の回転軸方向全域に亘って設けられておらず、現像ロール３２の両端部分に設けられ、中央部分には設けられていない点が実施の形態１と異なる。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【００５９】
本実施の形態の振動体３２ｃは、回転軸方向の両端部分に夫々螺旋状に巻かれた二つのコイル４１（具体的には４１ａ，４１ｂ）が埋設されたものとなっている。これらのコイル４１ａ，４１ｂは、夫々、芯金３２ａの両端部分に対応する位置に螺旋状に共に同方向に沿って巻かれており、二つのコイル４１には夫々単独に電流が供給されるようになっている。また、コイル４１に電流を供給するために、芯金３２ａの両端部分には、夫々一組の環状端子４２ａ１，４２ａ２と、もう一組の環状端子４２ｂ１，４２ｂ２が設けられている。尚、芯金３２ａが実施の形態１と同様に、図示外の磁石部材にて磁化されていることは言うまでもない。
【００６０】
本実施の形態の振動体３２ｃは、少なくとも振動体３２ｃが一体的に振動できる程度に硬く構成されている。また、環状端子４２ａ１，４２ａ２の間には、図示外のブラシ片を介して環状端子４２ａ１，４２ａ２間に電流を供給するため、交流電源４６ａと抵抗４７ａが設けられている。一方、環状端子４２ｂ１，４２ｂ２の間には、図示外のブラシ片を介して環状端子４２ｂ１，４２ｂ２間に電流を供給するため、交流電源４６ｂと抵抗４７ｂが設けられている。尚、二つの交流電源４６ａ，４６ｂは、振幅及び周期が等しくなっている。
【００６１】
このような構成において、交流電源４６ａ，４６ｂによる電流供給が行われると、二つのコイル４１ａ，４１ｂには同じ方向に電流が流れるため、振動体３２ｃのうち、コイル４１ａ，４１ｂが埋設された部位に回転軸方向に対して反転する磁場が発生し、芯金３２ａによる磁場との作用で、振動体３２ｃが現像ロール３２の回転軸方向に沿って振動しようとする。このとき、振動体３２ｃは、硬い層で構成されているため、振動体３２ｃは全体として現像ロール３２の回転軸方向に沿って振動する。そのため、現像ロール３２に対するトナーの付着力が振動しない場合よりも低減する。
【００６２】
ここでは、二つのコイル４１ａ，４１ｂを設け、夫々に異なる交流電源４６ａ，４６ｂから電流供給を行う方式を示したが、例えば二つのコイル４１ａ，４１ｂを互いに並列接続し、一つの交流電源から電流を流すようにしても差し支えない。また、二つのコイル４１ａ，４１ｂの間にて現像ロール３２の回転軸方向に沿って直線状に延ばした線を振動体３２ｃに埋設し、二つのコイル４１ａ，４１ｂが繋がった一つのコイルの状態とし、互いのコイル４１ａ，４１ｂの繋がっていない側を芯金３２ａの両端側に夫々設けた環状端子に接続することで、これに交流電源から電流を流すようにしてもよい。
【００６３】
また、本実施の形態では、コイル４１が現像ロール３２の両端部分に埋設される態様を示したが、振動体３２ｃが一体的に振動できるようになっていれば、コイル４１をどの位置に埋設するようにしてもよく、例えば現像ロール３２の回転軸方向の中央部分に設けるようにしてもよいし、三箇所以上に設けるようにしてもよい。
【００６４】
図８は、本実施の形態の変形例の現像ロール３２を示すものである。本態様の現像ロール３２は、実施の形態２の現像ロール３２（図７参照）と略同様に構成されるが、コイル４１（４１ａ、４１ｂ）が巻かれた部位が現像ロール３２の両端部であり、更に、コイル４１を、現像ロール３２の回転軸方向における現像可能領域Ｗを超える部位に設けた点に特徴がある。
【００６５】
このような構成とすることで、現像ロール３２の長さは長くなるものの、現像ロール３２の現像可能領域Ｗにはコイル４１が設けられていないため、現像ロール３２の表面は、コイル４１が設けられていない現像可能領域Ｗの部分と、その外側のコイル４１が設けられた部分となる。このような場合、コイル４１がない部分とコイル４１がある部分は、その表面性が異なりやすく、コイル４１がある部分の表面の方が凹凸の大きい表面になり易い。本態様では、このように現像可能領域Ｗにコイル４１が設けられていないため、その部位の現像ロール３２の表面は凹凸が少ない略均一面となり、現像時の現像特性を現像可能領域Ｗに亘って一様にし易くなる。
【００６６】
◎実施の形態３
図９は実施の形態３の現像装置に用いられる現像ロール３２を示すもので、（ａ）は現像ロール３２の概要を示し、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。本実施の形態の現像ロール３２は、実施の形態１や実施の形態２の現像ロール３２（図５等参照）と異なり、振動体３２ｃに対して、コイル４１を埋設する代わりに無機の圧電材料５１を埋設したものとなっている。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態の芯金３２ａは実施の形態１と異なり、磁性材料である必要はなく、例えば非磁性のステンレス鋼等が適用される。そのため、使用するトナーとしては、非磁性一成分トナーに限られず、磁性トナーであっても差し支えない。また、弾性体３２ｂとしては、例えばＪＩＳ硬度２０度の導電性シリコーンゴムが適用され、振動体３２ｃには、例えば導電性アクリル樹脂コートが適用される。また、本実施の形態の振動体３２ｃは、例えば平板状の圧電材料５１（粒径０．５〜２μｍ）が埋設されている。
【００６８】
本実施の形態の振動体３２ｃは、圧電材料５１が埋設されているが、このとき、圧電材料５１は現像ロール３２の面方向に対する伸縮度が厚み方向に比べて大きくなるように配向されている。
【００６９】
圧電材料５１をこのように配向させるには、例えば図１０（ａ）に示すような方法を用いればよい。圧電材料５１（ここでは平板状の微粒子を想定している）を分散媒（例えばアクリル系樹脂＋導電材料＋溶媒等で構成された多少粘性の高い液体が好適）に分散させた溶液６２を容器６１に入れ、この溶液６２を芯金３２ａの周囲にある弾性体３２ｂ上に塗布する。このとき、芯金３２ａを回転させながら行うことで、弾性体３２ｂ上にはある程度均一な塗布が可能となる。そして、本実施の形態では、溶液６２に浸漬後の表面を例えば板ばね製のスキージ６３によって撫でることで、圧電材料５１が弾性体３２ｂの表面に沿って配向される。その後、塗布膜の硬化処理を行うことで、圧電材料５１が埋設された振動体３２ｃが完成する。図１０（ｂ）は振動体３２ｃの要部を示す模式図であり、圧電材料５１は夫々の向きは多少異なるが全体的には弾性体３２ｂの表面に沿って配向された状態で形成される。尚、図中矢印は、後述する分極処理後の圧電材料５１の伸縮方向を示している。
【００７０】
次に、このような構成の現像ロール３２を振動させるには、次のようにすればよい。
図１１（ａ）に示すように、現像ロール３２単品の状態で、振動体３２ｃの周囲に導電板７１を巻き、芯金３２ａと導電板７１との間に直流電圧７２を加えて、圧電材料５１を分極する。尚、このとき、加温するようにしてもよい。
【００７１】
そして、分極処理を行った現像ロール３２を現像装置３０にセットすることで、（ｂ）のように、現像ロール３２と感光体２０とが対向する現像領域ＤＲにおいて、現像電源３６による現像電界が作用し、圧電材料５１が伸縮を繰り返す。このとき、図１０（ｂ）にも示したように、圧電材料５１の伸縮方向は、粒子個々によって異なるが、全体として現像ロール３２の表面に沿った方向に伸縮する。このように現像領域ＤＲにおいて圧電材料５１が伸縮することで、振動体３２ｃが振動する。そのため、現像ロール３２の表面に付着しているトナーは振動が加えられないものに比べて剥がれ易くなり、現像電界が小さくても、感光体２０側に向かって飛翔する。本実施の形態の現像電源３６としては、極性が反転する電界を印加することが必要で、その周波数としては３ｋＨｚ程度のものが適用されるが、このような周波数としては実験等で確認して選定すればよい。
【００７２】
本実施の形態では、圧電材料５１として、平板状のものを用いたが、針状粒子を用いる方が、配向性を高める点では好適である。圧電材料５１として針状粒子を用いる場合、その塗布方法は、図１０（ａ）のような方法を用いるようにしてもよいが、例えば溶液６２中に弾性体３２ｂ毎浸漬させ、芯金３２ａを立てる方向で引き上げるようにしてもよい。このように針状粒子の場合には、針状粒子が弾性体３２ｂの表面に対して法線方向に沿って立ち上がる方向への配向が抑えられ、針状粒子は勢い弾性体３２ｂの表面に沿う方向で配向され易くなる。それ故、現像ロール３２はその表面方向に沿って容易に振動されるようになる。
【実施例】
【００７３】
本実施例は、現像ロールを振動させることで、現像効率がどのように変化するかを確認するために行ったものである。
本実施例では、現像効率をある程度正確に算出する目的で、基本的な装置構成として、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す装置を用いた。（ａ）に示すように、現像容器８５中に非磁性一成分トナーを貯留し、供給ロール８３によって中間ロール８２にトナーを供給する。中間ロール８２は、周速ｖで回転（ここでは周速ｖを６０ｍｍ／ｓとしている）するもので、この中間ロール８２上に供給されたトナーは層規制部材８４にて層規制並びに所望の帯電量が付与される。
【００７４】
一方、現像ロール８１（３２に相当）は中間ロール８２に対して従動回転するように構成され、また、現像ロール８１と中間ロール８２の間には、中間ロール８２上のトナーを従動回転する現像ロール８１に転移させるための転移電源８６が設けられている。ここでは、転移電源８６による転移バイアス５００Ｖでトナーが現像ロール８１に転移する。その結果、現像ロール８１上にはこのような転移がなされたトナー層が存在する。
【００７５】
次に、現像ロール８１上のトナー層に対して、トナー層が（ｂ）に示すトリミング範囲になるように縁の部分をテープでトリミングし、形を整える。このときトリミングによって残るトナー層の面積を基準面積Ｓとする。
そして、（ｃ）に示すように、トリミングされたトナー層を有する現像ロール８１を、単独に中間ロール８２の周速ｖと同じ周速ｖで回転させ、固定されたアルミ板の対向電極８７（感光体２０に相当）と回転する現像ロール８１との間に現像電源８８として直流電圧を作用させた場合のトナーの移動状態を確認した。尚、現像ロール８１と対向電極８７との間隙Ｇは１００μｍとした。
【００７６】
本実施例で使用したトナーは、平均粒径５．８μｍ、外添剤としてシリカ二種、チタニア一種を使用したものを用いた。また、（ｂ）に示すように、現像ロール８１に転移したトナーの帯電量は、−１０μＣ／ｇであり、（ｃ）の符号Ｍｄは現像によって現像されたトナー量を意味し、符号Ｍｒは現像後の現像ロール８１上の残留トナー量を意味する。それ故、現像効率としては、Ｍｄ／（Ｍｄ＋Ｍｒ）となる。尚、本実施例では、（Ｍｄ＋Ｍｒ）／Ｓが一定になるように、各種条件が調整されている。
【００７７】
このような装置での実験において、現像ロール８１として、実施の形態１と同様の構成のものを評価した。
図１３は、現像ロール８１の具体的な様子を示すもので、芯金８１ａの両端部には夫々磁石８９が設けられ、二つの磁石８９で現像ロール８１の芯金８１ａは回転軸方向に向かう磁場が形成されている。また、コイル（図示せず）に対しては、交流電源９０と抵抗９１が直列に接続されている。
【００７８】
本実施例における交流電源９０としては、例えば２４Ｖｐｐ、２００〜４００Ｈｚ、デューティ比５０％の矩形波を用い、抵抗９１としては１０ｋ〜１００ｋΩを用いた。そして、本実施例では、交流電源９０を適用しない場合と、交流電源９０を適用した場合との現像効率を比較した。
【００７９】
図１４は、本実施例の結果を示すもので、現像電圧として１００〜３００Ｖで実験したところ、次の点が確認された。
（１）現像電圧を上昇させるに従い、振動の有無に関係なく現像効率は向上する。
（２）現像ロールを振動させると、振動させない場合に比べ、現像効率が大きく、特に、現像電圧が１５０Ｖのときには２倍以上の現像効率の改善がなされる。
（３）現像ロールを振動させると、振動させない場合に比べ、現像電圧に対する現像効率の飽和傾向が早くなる。
以上のことから、現像ロールを振動させることで、トナーが現像ロールから剥がれ易くなる結果、現像効率が向上することが確認された。
【００８０】
本実施例に加え、コイルに流す電流を図１３に示す範囲で更に実験したが、同様の結果が得られることが確認された。
また、現像電界として交流電圧を用いると共に、現像ロールとして圧電材料を用いた構成においても同様の実験を行ったところ、コイルを用いる構成に比べて振動量が小さくなるものの、現像ロールを振動させる方が振動させない場合よりも現像効率が高くなることが確認された。
【符号の説明】
【００８１】
１…像保持体，２…トナー保持体，３…支持体，４…弾性体，５…振動付与手段，６…振動体，７…振動力供給手段，８…コイル，９…磁場発生源，１０…電流供給源，１１…圧電材料，１２…振動電界供給源，ＤＲ…現像領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置及びこれを用いた画像形成装置、トナー保持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、進行波電界を使用する現像装置において、トナーを進行波電界によって保持して搬送するベルト部材の現像領域より上流側において、ベルト部材の裏面に接触する振動ローラを設け、この振動ローラと、振動ローラから離間して配置された電極部材との間に振動電界を作用させることで、振動ローラを振動させ、ベルト部材をその厚み方向に振動させる構成が記載されている。
また、特許文献２には、トナー担持体にその回転軸方向に沿った複数の線状電極を設け、現像領域に位置する二つの線状電極及びトナー担持体に所定の電圧を印加することで、現像領域にあるトナー担持体上からトナーをクラウド化させる構成が記載されている。
更に、特許文献３には、現像スリーブ内部に圧電フィルムを対向する位置二箇所に帖着し、圧電フィルムを振動させることで現像スリーブを径方向（断面方向）に変形させる構成が記載されている。
更にまた、特許文献４には、現像剤担持体に振動部材を設け、現像剤担持体の回転方向、接触面の接線方向、回転軸方向などに微小振動を与えることが記載されている。
そして、特許文献５には、現像ローラ上のトナーを均一化するために、現像ロールを軸方向に振動させる機構が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２８０２１号公報（発明を実施するための最良の形態、図２）
【特許文献２】特開平７−２０９９８２号公報（実施例、図２）
【特許文献３】特開平９−１１４２３６号公報（発明の実施の形態、図３）
【特許文献４】特開平６−２６６２１４号公報（実施例、図１）
【特許文献５】特開平６−１６１２２７号公報（実施例、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、現像時のトナー保持体のトナー保持面に対するトナーの付着力を低減しながら現像効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、静電潜像が保持された像保持体に対向して設けられ、回転可能な支持体、および、この支持体の表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体を有し、表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体と、このトナー保持体の表面部を面方向に沿って振動させる振動付与手段と、を備え、前記振動付与手段は、前記弾性体の表面部に設けられ且つ前記トナー保持体のトナー保持面に対して面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体と、少なくとも前記像保持体上の静電潜像が現像に供される現像領域に対応した部位にて前記振動体が振動するように当該振動体に対し振動力を供給する振動力供給手段と、を具備することを特徴とする現像装置である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る現像装置において、前記振動力供給手段は、前記振動体が前記トナー保持体の回転軸方向に沿う面方向に振動するように前記振動体に対し振動力を供給することを特徴とする現像装置である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る現像装置のうち前記支持体がロール状部材である態様において、前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、前記支持体の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイルを含み、前記トナー保持体の少なくともトナー保持面に対して前記コイルを埋設したものであり、前記振動力供給手段は、前記支持体のうち少なくとも前記コイルが巻かれた部位に対応して設けられ且つ前記支持体の回転軸方向に沿う磁場を発生させる磁場発生源と、前記コイルに予め決められた周期で極性が変化する電流を供給する電流供給源と、を備えることを特徴とする現像装置である。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る現像装置において、前記コイルは、前記トナー保持体の回転軸方向における現像可能な現像可能領域に対応する部位に亘って設けられることを特徴とする現像装置である。
請求項５に係る発明は、請求項３に係る現像装置において、前記コイルは、前記トナー保持体の回転軸方向における一部に設けられることを特徴とする現像装置である。
請求項６に係る発明は、請求項３乃至５のいずれかに係る現像装置において、前記磁場発生源は、前記支持体として磁場を発生する磁石部材を用いたことを特徴とする現像装置である。
請求項７に係る発明は、請求項３乃至５のいずれかに係る現像装置において、前記磁場発生源は、前記支持体を磁場の発生が可能な磁性材料で構成すると共に、当該支持体の外部に支持体を磁化することで前記支持体に磁場を発生させる磁石部材を備えることを特徴とする現像装置である。
請求項８に係る発明は、請求項１又は２に係る現像装置において、前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層に圧電材料が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層の前記圧電材料はトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が当該面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、前記振動力供給手段は、前記像保持体と前記トナー保持体との間に極性が周期的に変化する振動電界を供給する振動電界供給源を備えることを特徴とする現像装置である。
請求項９に係る発明は、請求項８に係る現像装置において、前記圧電材料は、針状粒子であることを特徴とする現像装置である。
【０００７】
請求項１０に係る発明は、静電潜像を保持して回転する像保持体と、この像保持体に対し離間して配置され且つ当該像保持体上の静電潜像をトナーにて現像する請求項１乃至９のいずれかに係る現像装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。
請求項１１に係る発明は、表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体であって、回転可能な支持体と、この支持体の表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体と、この弾性体の表面部に設けられ且つ外部から供給される振動力によってトナー保持面に対し面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体と、を備えることを特徴とするトナー保持体である。
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係るトナー保持体において、前記支持体は、回転軸方向に沿った磁場が発生する磁石部材又は外部の磁石部材によって回転軸方向に沿った磁場が発生可能な磁性部材を含むロール状部材であり、前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、予め決められた周期で極性が変化する電流が流されるように、前記支持体の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイルを有し、当該コイルを少なくともトナー保持面に対して埋設したことを特徴とするトナー保持体である。
請求項１３に係る発明は、請求項１１に係るトナー保持体において、前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層に圧電材料が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層は圧電材料がトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が前記面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、トナー保持面の法線方向に対して極性が周期的に変化する振動電界を作用させることで、前記圧電材料がトナー保持面の面方向に沿って振動することを特徴とするトナー保持体である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、現像時のトナー保持体のトナー保持面に対するトナーの付着力を低減しながら現像効率を向上できる。
請求項２に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、現像される画像に対する振動の影響をより小さく抑えることができる。
請求項３に係る発明によれば、トナー保持面がトナー保持体の回転軸方向に振動する構成を容易に実現できる。
請求項４に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、トナー保持面の性状を均一化しつつ一様な振動も行わせ易くなる。
請求項５に係る発明によれば、コイルをトナー保持体の現像可能領域に対応する部位に亘って設ける場合に比べて、使用電力を低減させることができる。
請求項６に係る発明によれば、現像装置内において支持体を磁化するための部材が不要になる。
請求項７に係る発明によれば、支持体を予め決められた方向に磁化するための着磁装置を不要にできる。
請求項８に係る発明によれば、トナー保持体のトナー保持面を振動させるために現像電界を利用することができる。
請求項９に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、圧電材料をトナー保持面の面方向に沿って配向させ易くなる。
請求項１０に係る発明によれば、現像時のトナー保持体のトナー保持面に対するトナーの付着力を低減しながら現像効率を向上できる画像形成装置を提供できる。
請求項１１に係る発明によれば、トナー保持面に対し面方向に沿った振動をさせることができるトナー保持体を提供できる。
請求項１２に係る発明によれば、トナー保持面を支持体の回転軸方向に沿って振動させることができるトナー保持体を提供できる。
請求項１３に係る発明によれば、現像電界を利用してトナー保持面を面方向に振動させることができるトナー保持体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明が適用された現像装置の実施の形態の概要を示す説明図であり、（ｂ）はコイルが埋設された振動体を用いたトナー保持体、（ｃ）は圧電材料が埋設された振動体を用いたトナー保持体を示す。
【図２】トナー保持体に対するトナーの付着力の変化を示す説明図であり、（ａ）はトナー保持体が振動しない場合、（ｂ）はトナー保持体が振動する場合を示す。
【図３】実施の形態１に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図４】実施の形態１の現像装置の概要を示す説明図である。
【図５】（ａ）は実施の形態１の現像ロールの構成を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。
【図６】実施の形態１の現像ロールの周辺構成を示す説明図である。
【図７】（ａ）は実施の形態２の現像ロールの構成を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。
【図８】実施の形態２の変形例の現像ロールの構成を示す説明図である。
【図９】（ａ）は実施の形態３の現像ロールの構成を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。
【図１０】（ａ）は実施の形態３の現像ロールの振動体を形成する方法を示す説明図であり、（ｂ）は圧電材料の分散状態を示す説明図である。
【図１１】（ａ）は実施の形態３の現像ロールにおける圧電材料の分極過程、（ｂ）は現像領域での作用を示す説明図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は実施例で用いた装置構成を示す説明図である。
【図１３】実施例での現像ロールを振動させるために用いた駆動構成を示す説明図である。
【図１４】実施例の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
◎実施の形態の概要
先ず、本発明が適用された現像装置の実施の形態の概要について説明する。
図１（ａ）は、本発明を具現化する実施の形態モデルに係る現像装置の概要を示すものであって、静電潜像が保持された像保持体１に対向して設けられ、回転可能な支持体３、および、この支持体の３表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体４を有し、表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体２と、このトナー保持体２の表面部を面方向に沿って振動させる振動付与手段５と、を備え、振動付与手段５は、弾性体４の表面部に設けられ且つトナー保持体２のトナー保持面に対して面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体６と、少なくとも像保持体１上の静電潜像が現像に供される現像領域ＤＲに対応した部位にて振動体６が振動するように振動体６に対し振動力を供給する振動力供給手段７と、を具備している。
【００１１】
ここで、トナー保持体２はトナーが保持されるものであればよく、現像装置で使用される現像剤としては、トナー保持体２に保持される一成分系トナーであってもよいし、例えばトナー及びキャリアを含む二成分系現像剤を用い、そのうちのトナーをトナー保持体２で保持するようにしても差し支えない。更に、トナーとしては非磁性トナーであってもよいし、磁性トナーであっても差し支えない。更にまた、トナー保持体２は、像保持体１に対して振動が画像に影響を及ぼさない範囲であれば接触してもよいが、振動の影響を避ける観点からは離間している方が好適である。
【００１２】
支持体３は、ロール状部材が好適であるが、ベルト状部材であっても差し支えなく、ベルト状部材にあっては、特に、後述する圧電材料１１が分散された圧電分散層を振動体６とする態様での適用が容易となる。
また、弾性体４は、その構成が複数層で構成されていても差し支えないが、硬すぎると十分振動できない虞があり、通常、ＪＩＳ硬度３０度以下のものが適用される。
【００１３】
そして、振動付与手段５は、トナー保持体２の表面部を面方向に沿って振動させるものであり、弾性体４の表面部にトナー保持体２のトナー保持面に対して面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体６を有している点に特徴がある。また、振動付与手段５は、少なくとも現像領域ＤＲにて振動体６が振動するように振動体６に振動力を供給する振動力供給手段７を有している。このような振動力供給手段７としては、通常、振動体６に対して磁気的又は電気的エネルギーを、直接的又は間接的に与えることで振動体６を振動させるようになっていればよい。尚、トナー保持体２が回転する際、例えば部材の寸法許容差や組み立て精度等によって、トナー保持体２自体が回転方向とは異なる方向に多少変動することは、ここでいう振動とは異なる。
【００１４】
また、弾性体４の表面部に振動体６を設けるとは、弾性体４の表面部に弾性体４とは異なる振動体６を設けるようにしてもよいし、例えば弾性体４を複数の層構成とし、最上層を振動体６とするようにしてもよく、振動体６が振動することで、トナー保持体２のトナー保持面が面方向に沿って振動するようになっていればよい。
【００１５】
振動体６の振動方向は、トナー保持体２のトナー保持面が面方向に沿う方向の振動を与えられる方向であればよく、トナー保持体２の回転方向に交差する幅方向（つまり回転軸方向）及びこの回転軸方向に交差する交差方向を含むものが挙げられる。このような振動方向において、像保持体１上の静電潜像への影響を軽減し、更に、現像される画像に対する影響を軽減する観点からすれば、振動力供給手段７は、振動体６がトナー保持体２の回転軸方向に沿う面方向に振動するように振動体６に対し振動力を供給することがよい。このとき、「トナー保持体２の回転軸方向に沿う面方向に振動する」とは、振動体６の振動がトナー保持体２の回転軸方向に振動する成分が主体となる振動であればよいことを意味する。
【００１６】
ここで、トナー保持体２のトナー保持面を面方向に振動させる理由について説明する。
近年、高画質化の目的でトナーは小粒径化の方向に進んでいるが、トナーが小粒径化するに伴い、トナー一個あたりの帯電量も小さくなり、現像領域ＤＲで作用する従来の現像電界による静電気力ｑＥ（ここで、ｑはトナーの有する電荷量、Ｅは電界強度を表すものとする）が、所謂非静電的なファンデルワールス力と同等な力の範囲となりつつある。電界強度Ｅを大きくするには、像保持体１とトナー保持体２との間隙を狭くし、トナー保持体２側の電位と像保持体１側の潜像電位との差を大きくとることであるが、現状においても、放電リークが発生しない程度に十分大きな電界が既に用いられている。また、トナー一個あたりの電荷量ｑを大きくすることも想定されるが、トナーの帯電はその表面を利用するため、トナーの小径化により表面積が半径の二乗で小さくなることを考えると困難になる。更に、単純に電荷量ｑを大きくすると、静電的な付着力は、（ｑ／ｄ）２に比例する（ここで、ｄはトナーの直径）ので、現像に際しては却って強い電界を必要とする。
【００１７】
更にまた、現像領域ＤＲに至るまでのトナーは、例えば摩擦帯電の際にトナー保持体２側に押し付けられたりされる。そのため、トナーにはトナー保持体２に対する静電的な付着力以外にも非静電的な付着力が作用し、結果的に現像領域ＤＲに至るトナーはトナー保持体２に対する付着力がかなり大きなものとなる。
【００１８】
このような現象に対し、現像時の現像電界の電界強度をある程度小さくした状態で小粒径化したトナーをトナー保持体２から引き剥がすには、現像電界による静電的な力の他にトナー保持体２に対する付着力を低減させる物理的な力を作用させることが想定される。このような物理的な力として、少なくとも現像領域ＤＲにおいてトナー保持体２を振動させることで、トナーのトナー保持体２に対する付着力を低減させ、小粒径化したトナーであっても、ある程度の電界強度を有する現像電界によってトナー保持体２からのトナーの引き剥がし効果が十分期待される。
【００１９】
図２は、現像領域ＤＲでのトナー保持体２上のトナーＴの様子を示す模式図である。
（ａ）はトナー保持体２のトナー保持面が振動しない場合であり、トナー保持体２に対するトナーＴの付着力がＦ１のときに、トナーＴを引き剥がすには現像電界の電界強度として例えばＥ１が必要となる。一方、（ｂ）はトナー保持体２のトナー保持面が振動する場合であり、トナー保持体２に対するトナーＴの付着力がＦ２のときに現像電界の電界強度としてＥ２が必要となることを示している。
【００２０】
（ｂ）のように、現像領域ＤＲにてトナー保持体２のトナー保持面を面方向に沿って振動させることで、トナーＴには図中Ｆ０で示す力が作用し、トナー保持体２に対するトナーの付着力Ｆ２はトナー保持体２を振動させない場合に比べて小さくなる（Ｆ２＜Ｆ１）。これにより、トナー保持体２からトナーＴを引き剥がすための電界強度Ｅ２もトナー保持体２を振動させない場合（電界強度Ｅ１に相当）に比べて小さくて済む。
【００２１】
更に、トナー保持体２の振動方向は、トナー保持体２のトナー保持面の面方向に沿う方向であるため、振動によってトナー保持体２と像保持体１との間隙や圧力が変化することは殆ど想定されず、その分、現像領域ＤＲでの安定した現像は特に支障なくなされる。仮に、振動方向がトナー保持体２と像保持体１との間隙を変化させるような方向であると、像保持体１の静電潜像を現像する際、間隙の変化に対応した現像がなされる結果、例えば振動周期に合った所謂バンディング等の画像欠陥を生じ易くなる。また、トナー保持体２が像保持体１に例えばトナーを介して接触する態様にあっては、トナーに対する圧力変化が生じ、圧力変化に応じた画像欠陥を生じ易くなる。
【００２２】
本実施の形態モデルでは、トナー保持体２のトナー保持面の振動が面方向に沿ったものであるため、特に、非接触交流ジャンピング現像に際し、かぶりを抑えつつ現像濃度を確保するという両方の条件設定が容易になされる。また、トナーの劣化に対しても影響され難くなる。
【００２３】
このような振動付与手段５の代表的態様としては、次のものが挙げられる。
第一態様は、支持体３がロール状部材である場合、図１（ｂ）に示すように、振動体６は、弾性体４の表面部又は弾性体４を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、支持体３の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイル８を含み、トナー保持体２の少なくともトナー保持面に対してコイル８を埋設したものであり、振動力供給手段７は、支持体３のうち少なくともコイル８が巻かれた部位に対応して設けられ且つ支持体３の回転軸方向に沿う磁場を発生させる磁場発生源９と、コイル８に予め決められた周期で極性が変化する電流を供給する電流供給源１０と、を備えるものが挙げられる。
【００２４】
このような第一態様によれば、支持体３によって発生する磁場と、支持体３を取り囲むように設けられたコイル８に電流供給源１０からの電流を供給することでコイル８の内側に発生する磁場との間に磁気的な相互作用が生じる。このとき、支持体３が回転軸方向の移動を規制されていることから、コイル８が支持体３の回転軸方向に沿って振動する力を受け、コイル８が埋設された振動体６が支持体３の回転軸方向に沿って振動するようになり、結果的にトナー保持体２のトナー保持面が回転軸方向に振動する。
【００２５】
このようなコイル８は、トナー保持体２の回転軸方向における現像可能な現像可能領域に対応する部位に亘って設けられてもよいし、トナー保持体２の回転軸方向における一部に設けられてもよい。要は、トナー保持体２のトナー保持面が面方向に沿って振動できるように、振動体６が振動すればよく、特に、トナー保持体２は、その回転軸方向に対する少なくとも現像可能領域全体が一体的に振動できるようになっていればよい。更にまた、現像可能領域を除く部位にコイル８を設け、このコイル８の振動によって現像可能領域を振動させるようにしても差し支えない。
【００２６】
また、磁場発生源９の構成を簡単にする観点からすれば、磁場発生源９は、支持体３として磁場を発生する磁石部材を用いた構成としてもよい。つまり、支持体３を永久磁石とすれば、現像装置内において支持体３を磁化するための部材が不要になる。更には、支持体３を予め決められた方向に磁化するための着磁装置を不要にする観点からすれば、磁場発生源９は、支持体３を磁場の発生が可能な磁性材料で構成すると共に、支持体３の外部に支持体３を磁化することで支持体３に磁場を発生させる磁石部材を備えるようにしてもよい。尚、支持体３を磁化する磁石部材としては、例えば電磁石を用いるようにしても差し支えないが、構成を簡略化するには永久磁石が好適である。
【００２７】
一方、振動付与手段５の第二態様は、図１（ｃ）に示すように、振動体６は、弾性体４の表面部又は弾性体４を覆う被覆層に圧電材料１１が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層の圧電材料１１はトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が当該面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、振動力供給手段７は、像保持体１とトナー保持体２との間に極性が周期的に変化する振動電界を供給する振動電界供給源１２を備えるものが挙げられる。ここで、振動電界供給源１２としては、現像領域ＤＲでの現像電界を利用することが好適である。
【００２８】
このような第二態様によれば、振動体６は、弾性体４の表面部又は弾性体４を覆う被覆層に圧電材料１１が分散された圧電分散層を有するものであり、また、圧電材料１１は、トナー保持面の面方向に沿う伸縮度が当該面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されているため、現像領域ＤＲにおける振動電界の極性変化によって、圧電材料１１が伸縮を繰り返し、この伸縮に沿った方向で振動体６が振動する。このような振動方向は、圧電材料１１の配向によって定まるが、全体としてトナー保持体２のトナー保持面を面方向に沿って振動させるものとなる。つまり、この態様では、トナー保持体２のトナー保持面が周方向全域に亘って振動するものではなく、現像領域ＤＲに位置する部位のみが振動することに特徴がある。
【００２９】
このような圧電材料１１は圧電分散層に分散させることから細かい粒子状のものが好ましく、特に、配向性をより高める観点からすれば、圧電材料１１が針状粒子であることが好適である。一般に、圧電材料１１としては各種粒子状のものが知られており、平板状や針状のものも知られている。このような圧電材料１１を振動体６としてその中に分散して配向させるには、例えば振動体６の樹脂材料と圧電材料１１等とを混合し、その混合溶液中に弾性体４が被覆された支持体３を回転させながら浸漬させるようにしたり、混合溶液中に浸漬させた後に回転軸方向に引き上げるなど、公知の方式を適宜選定すればよい。
【００３０】
そして、このような現像装置を画像形成装置に適用するには、静電潜像を保持して回転する像保持体１と、この像保持体１に対し離間して配置され且つ像保持体１上の静電潜像をトナーにて現像する現像装置と、を備え、この現像装置として上述の現像装置を用いるようにすればよい。
【００３１】
また、上述した現像装置に用いられるトナー保持体２としては、図１（ｂ）や（ｃ）に示すように、回転可能な支持体３と、この支持体３の表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体４と、この弾性体４の表面部に設けられ且つ外部から供給される振動力によってトナー保持面に対し面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体６と、を備えるようにすればよい。
【００３２】
このようなトナー保持体２としては次の態様が挙げられる。
第一の態様は、支持体３は、回転軸方向に沿った磁場が発生する磁石部材又は外部の磁石部材によって回転軸方向に沿った磁場が発生可能な磁性部材を含むロール状部材であり、振動体６は、弾性体４の表面部又は弾性体４を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、予め決められた周期で極性が変化する電流が流されるように、支持体３の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイル８を有し、コイル８を少なくともトナー保持面に対して埋設したものが挙げられる。
【００３３】
第二の態様は、振動体６は、弾性体４の表面部又は弾性体４を覆う被覆層に圧電材料１１が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層は圧電材料１１がトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、トナー保持面の法線方向に対して極性が周期的に変化する振動電界を作用させることで、圧電材料１１がトナー保持面の面方向に沿って振動するようにしたものが挙げられる。
【００３４】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は、本発明が適用された現像装置が用いられた実施の形態１の画像形成装置の概要を示す。同図において、本実施の形態の画像形成装置は、例えば電子写真方式が採用されたもので、静電潜像を保持して回転する像保持体としての感光体２０と、この感光体２０に対し離間して配置され且つ感光体２０上に保持された静電潜像をトナーにて現像する現像装置３０等が設けられている。
【００３５】
感光体２０の周りには、各種装置が予め決められた順番で配置されている。静電潜像が形成される前の感光体２０を帯電する帯電装置２１、帯電装置２１によって帯電された感光体２０に対し静電潜像を形成するために露光する露光装置２２、感光体２０上の静電潜像を現像する現像装置３０、現像装置３０によって現像された感光体２０上のトナー像を図示外の記録材供給部（図示せず）から供給された記録材Ｐ上に転写する転写装置２３、転写後の感光体２０を清掃する清掃装置２４等が設けられている。そして、転写装置２３によってトナー像が転写された記録材Ｐは、定着装置２５によって定着された後、図示外の記録材排出部に排出される。
【００３６】
本実施の形態の現像装置３０は、図４に示すように、非磁性一成分トナーが収容される現像容器３１を有し、この現像容器３１には感光体２０に対向した位置に現像用の開口３１ａが開設されている。また、この開口３１ａに面して、感光体２０と離間して配置され且つ対向する部位で感光体２０と同方向に回転するトナー保持体としての現像ロール３２を設け、感光体２０と現像ロール３２とが対向する現像領域ＤＲにて感光体２０上に形成された静電潜像をトナーによって現像するようにしたものである。
【００３７】
また、現像容器３１内には、現像ロール３２の感光体２０側と異なる側に、現像ロール３２に接触してトナーを現像ロール３２に供給する供給ロール３３が、現像ロール３２との対向部位で現像ロール３２とは逆方向に回転するように設けられている。本実施の形態の供給ロール３３は、例えば表面がスポンジ状のもので構成され、現像ロール３２との間で現像ロール３２に残留したトナーを掻き取る作用と共に、現像ロール３２に適度な量のトナーを供給する作用を奏している。
【００３８】
更に、現像ロール３２と供給ロール３３との対向部位より現像ロール３２の回転方向における下流側には、現像領域ＤＲに向かう現像ロール３２上のトナー層を規制する層規制部材３４が設けられている。この層規制部材３４は、現像容器３１に対して一端側が固定され、他端側が現像ロール３２に対し、その回転方向における上流側に向かって延びるように配置されている。この層規制部材３４によって、供給ロール３３から供給された現像ロール３２上のトナーの層厚が規制されると共に、トナーに対して所望の帯電量が付与される。また、本実施の形態では、現像容器３１内の供給ロール３３の背後にはトナーを攪拌するアジテータ３５が設けられ、このアジテータ３５の回転によってトナーが供給ロール３３側に供給される。
【００３９】
また、本実施の形態では、感光体２０側が接地されると共に、現像ロール３２に現像電源３６が接続され、この現像電源３６によって現像領域ＤＲでのトナーの飛翔が行われるようになっている。このような現像電源３６としては、例えば直流電圧が重畳された交流電圧が用いられる。
【００４０】
図５（ａ）は本実施の形態の現像ロール３２を示すもので、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。本実施の形態の現像ロール３２は、図５に示すように、支持体としての芯金３２ａと、この芯金３２ａの表面に設けられ且つ芯金３２ａ表面の面方向に沿って弾性変形が可能な弾性体３２ｂと、振動付与手段の一要素として、弾性体３２ｂの表面部を覆う被覆層にコイル４１が埋設された振動体３２ｃとで構成されている。
【００４１】
本実施の形態の芯金３２ａは、例えば軟磁性材料で構成されたロール状のものが用いられている。また、弾性体３２ｂは、例えばＪＩＳ硬度２０度の導電性シリコーンゴムで構成されている。更に、振動体３２ｃは、例えば導電性アクリル樹脂からなるコート層の中に、例えばφ６０μｍ程度のエナメル銅線やポリウレタン銅線等で構成されたコイル４１が埋設されたものとなっている。そして、本実施の形態では、振動体３２ｃの表面には例えばアミン変性シリコーンオイルが塗布されており、振動体３２ｃの表面に対してトナーの固着が抑えられている。ここで、芯金３２ａは、軟磁性材料で構成されたロール状のものを示したが、これに限られず、例えば細い軟磁性材料の周りに導体を巻くような構成であっても差し支えない。更には、芯金３２ａを中空状とするようにしてもよい。
【００４２】
コイル４１は、弾性体３２ｂを径方向に縮ませないようにして弾性体３２ｂ上の周りに例えば０．５ｍｍ程度のピッチで前記銅線が螺旋状に巻き付けられたものである。また、コイル４１への電流を供給できるように、コイル４１の両端は、芯金３２ａの両端部側に設けられて芯金３２ａとの間が絶縁された二つの環状端子４２ａ，４２ｂに対し、例えばはんだ付け等で接続されている。そのため、二つの環状端子４２ａ，４２ｂの間に電流供給源を接続することで、コイル４１に電流が流されるようになっている。
【００４３】
ここで、弾性体３２ｂや振動体３２ｃの導電性は少なくとも現像電界が作用できる程度の導電性を有すればよく、特に、振動体３２ｃにおいては、コイル４１間は銅線の被覆がなされているため、絶縁されていることは言うまでもない。また、ここで示した各種材料はあくまでも一例を示したものであり、使用する材料としては公知の材料を適宜選択して使用すればよい。
【００４４】
本実施の形態では、このような現像ロール３２を用い、図６のように構成することで、現像ロール３２のトナー保持面を振動させるようになっている。すなわち、現像ロール３２の芯金３２ａの両端には、永久磁石４３，４４を夫々設け、永久磁石４３，４４による磁極の向きを一致させることで、芯金３２ａは一定方向に磁化される。更に、芯金３２ａの周囲に設けられた環状端子４２ａ，４２ｂの位置に合わせて環状端子４２ａ，４２ｂ夫々に接触する導電性の二つのブラシ片４５ａ，４５ｂが設けられ、環状端子４２ａ，４２ｂが回転してもブラシ片４５ａ，４５ｂとの接触が常に保たれるようになっている。更に、これらのブラシ片４５ａ，４５ｂの間には、コイル４１に電流を流すための電流供給源としての交流電源４６が抵抗４７を介して接続されている。尚、芯金３２ａには現像電源３６が接続できるようになっており、また、環状端子４２ａ，４２ｂと芯金３２ａとの間は絶縁されていることは言うまでもない。
【００４５】
次に、本実施の形態の現像装置３０における作動について説明する。先ず、概要を図４に基づいて説明する。アジテータ３５の回転によって供給ロール３３に供給されたトナーは、供給ロール３３の回転によって現像ロール３２側へ供給される。このとき、本実施の形態では、現像ロール３２と供給ロール３３とが接触部位で互いに反対方向に回転していることから、供給ロール３３上のトナーは現像ロール３２側に押し付けられるようにして現像ロール３２上に供給される。
【００４６】
現像ロール３２上に供給されたトナーは、層規制部材３４によって層規制されると共に摩擦帯電され、所望の帯電量や層厚を有したトナー層が現像ロール３２の回転に伴ってそのまま下流側に搬送される。このとき、層規制部材３４によってトナーは強く現像ロール３２側に押し付けられるため、現像ロール３２に対するトナーの付着力は、層規制される前に比べて大きなものとなる。
【００４７】
層規制された現像ロール３２上のトナーは、感光体２０との対向部位である現像領域ＤＲに搬送される。現像領域ＤＲにて現像がなされた後、現像ロール３２上に残った残留トナーは、現像ロール３２の回転に伴って搬送され、現像ロール３２と供給ロール３３との接触部位にて、供給ロール３３の働きによって現像ロール３２から掻き取られる。
【００４８】
このような過程における現像ロール３２の振動作用について説明する。
図６に示すように、現像ロール３２の芯金３２ａには、二つの永久磁石４３，４４が例えば図のように配置されているため、芯金３２ａ自体が図中左側に向かう磁場を発生するものとなる。これに対し、現像ロール３２の振動体３２ｃ中のコイル４１（図５参照）には、交流電源４６から交流電流が流されるようになっているため、コイル４１を流れる電流の向きが切り替わることでコイル４１の内側（巻かれたコイル４１の内側部分）に発生する磁場は、図中の左右方向に一周期毎に切り替わるものとなる。そのため、芯金３２ａの磁場と、コイル４１によって発生する磁場との相互作用によって、芯金３２ａが回転方向以外の動きを規制されていることから、コイル４１の方が芯金３２ａの回転軸方向に沿って振動しようとする。このとき、コイル４１が埋設された振動体３２ｃは弾性体３２ｂより硬い構成であるため、振動体３２ｃが一体的に芯金３２ａの回転軸方向に沿って振動する。
【００４９】
このように現像ロール３２の表面が回転軸方向に振動することで、層規制部材３４によって更に現像ロール３２への付着力が高まったトナーであっても、トナーには振動による運動エネルギーが作用し、結果的にトナーの現像ロール３２に対する付着力が低下する。本実施の形態では、現像ロール３２上のトナーは層規制部材３４に接触した後から振動による効果が作用するため、層規制部材３４から現像領域ＤＲに至るまでにトナーには現像ロール３２の表面から引き剥がそうとする運動エネルギーが十分作用している。これにより、現像領域ＤＲにおいては、現像電源３６による現像電界が小さくてもトナーは現像ロール３２から容易に飛翔される。
【００５０】
一般的に、感光体２０上の画像におけるかぶりを低減するには、現像電界を小さくした方がよく、一方、現像濃度を確保するには現像電界をある程度大きくする必要がある。本実施の形態では、現像領域ＤＲにおける現像ロール３２上のトナーは、現像ロール３２の振動によってその付着力が低下しているため、現像電界を小さくしても、かぶりの低減並びに現像濃度の確保の双方が容易に実現される。
【００５１】
また、このような現像ロール３２の振動は、現像ロール３２の周面全体でなされるが、現像ロール３２と層規制部材３４との接触部位や現像ロール３２と供給ロール３３との接触部位では、振動方向が現像ロール３２の回転軸方向であることから特に問題にならず、層規制や現像ロール３２へのトナーの供給動作並びに掻き取り動作を阻害する虞は殆どない。
【００５２】
そして、このような振動を行わせる周波数としては、振動体３２ｃが十分振動できるような値がよく、高すぎると弾性体３２ｂの効果が現れ難くなって振動体３２ｃの十分な変位量が得られない。一方、低すぎると、振動体３２ｃの表面からトナーを引き剥がす力が弱くなり、振動させた効果が現れ難くなる。そのため、周波数としては、例えば２００〜４００Ｈｚ程度が好適であり、このような周波数は実験等で確認して選定すればよい。
【００５３】
更に、本実施の形態では、現像ロール３２の振動量は、弾性体３２ｂの弾性限界内で作用されるため、長期に亘って繰り返しの振動を行っても現像ロール３２に塑性変形が生じる虞もなく、安定した振動が長期に亘って継続される。
【００５４】
本実施の形態の現像ロール３２は、コイル４１を埋設した振動体３２ｃを用いているため、振動体３２ｃの表面が多少凹凸を帯びた面となり易いが、このような凹凸は、トナーを搬送する際の搬送力を補完するため、現像ロール３２としてはこのように多少凹凸を帯びている方がよい。そのような表面粗さとしては、算術平均粗さＲａが０．５μｍ〜１．０μｍが好適である。
【００５５】
本実施の形態では、図５及び図６に示すように、現像ロール３２の芯金３２ａとして軟磁性材料を用い、永久磁石４３，４４にて芯金３２ａを磁化する方式を示したが、例えば芯金３２ａとして硬磁性材料を用い、これを着磁装置等で芯金３２ａの軸方向に沿った方向で磁化を行わせることで、芯金３２ａを磁化するための永久磁石４３，４４を必要としない態様としてもよい。また、振動体３２ｃが一層で構成される態様を示したが、複数層であっても差し支えない。更には、弾性体３２ｂを複数層で構成し、表面側の弾性層を硬くして、この硬い弾性層中にコイル４１を埋設することで、振動体３２ｃとするようにしても差し支えない。
【００５６】
本実施の形態では、画像形成装置として、図３に示すように、単色の態様を示したが、単色に限らず、複数色備える態様であっても差し支えない。
また、ここでは、静電潜像を保持する像保持体として感光体２０を用いたが、感光体２０の代わりに、例えば画素電極をマトリクス状に配し、夫々の画素電極にスイッチング素子を設け、このスイッチング素子を制御することで、画素電極による静電潜像を形成するような方式の像保持体を用いるようにしてもよい。特に、このような画素電極を用いる場合には、潜像電位を高くしなくても、現像時に現像ロール３２に対するトナーの付着力が小さくなっていることから、容易に現像がなされる。
【００５７】
更に、現像装置３０として、図４に示すように、感光体２０と現像ロール３２との間でトナーを飛翔させる方式を示したが、例えば感光体２０のような静電潜像を保持する像保持体と現像ロール３２との間に、現像ロール３２上のトナーを飛翔させる飛翔電極を別途設け、この飛翔電極と現像ロール３２との間に振動電界を作用させて、トナーをクラウド化させる方式を用いるようにしてもよい。
【００５８】
◎実施の形態２
図７は実施の形態２の現像装置に用いられる現像ロール３２を示すもので、（ａ）は現像ロール３２の概要を示すものであり、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。本実施の形態の現像ロール３２は、実施の形態１の現像ロール３２（図５参照）と略同様に構成されるが、コイル４１が現像ロール３２の回転軸方向全域に亘って設けられておらず、現像ロール３２の両端部分に設けられ、中央部分には設けられていない点が実施の形態１と異なる。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【００５９】
本実施の形態の振動体３２ｃは、回転軸方向の両端部分に夫々螺旋状に巻かれた二つのコイル４１（具体的には４１ａ，４１ｂ）が埋設されたものとなっている。これらのコイル４１ａ，４１ｂは、夫々、芯金３２ａの両端部分に対応する位置に螺旋状に共に同方向に沿って巻かれており、二つのコイル４１には夫々単独に電流が供給されるようになっている。また、コイル４１に電流を供給するために、芯金３２ａの両端部分には、夫々一組の環状端子４２ａ１，４２ａ２と、もう一組の環状端子４２ｂ１，４２ｂ２が設けられている。尚、芯金３２ａが実施の形態１と同様に、図示外の磁石部材にて磁化されていることは言うまでもない。
【００６０】
本実施の形態の振動体３２ｃは、少なくとも振動体３２ｃが一体的に振動できる程度に硬く構成されている。また、環状端子４２ａ１，４２ａ２の間には、図示外のブラシ片を介して環状端子４２ａ１，４２ａ２間に電流を供給するため、交流電源４６ａと抵抗４７ａが設けられている。一方、環状端子４２ｂ１，４２ｂ２の間には、図示外のブラシ片を介して環状端子４２ｂ１，４２ｂ２間に電流を供給するため、交流電源４６ｂと抵抗４７ｂが設けられている。尚、二つの交流電源４６ａ，４６ｂは、振幅及び周期が等しくなっている。
【００６１】
このような構成において、交流電源４６ａ，４６ｂによる電流供給が行われると、二つのコイル４１ａ，４１ｂには同じ方向に電流が流れるため、振動体３２ｃのうち、コイル４１ａ，４１ｂが埋設された部位に回転軸方向に対して反転する磁場が発生し、芯金３２ａによる磁場との作用で、振動体３２ｃが現像ロール３２の回転軸方向に沿って振動しようとする。このとき、振動体３２ｃは、硬い層で構成されているため、振動体３２ｃは全体として現像ロール３２の回転軸方向に沿って振動する。そのため、現像ロール３２に対するトナーの付着力が振動しない場合よりも低減する。
【００６２】
ここでは、二つのコイル４１ａ，４１ｂを設け、夫々に異なる交流電源４６ａ，４６ｂから電流供給を行う方式を示したが、例えば二つのコイル４１ａ，４１ｂを互いに並列接続し、一つの交流電源から電流を流すようにしても差し支えない。また、二つのコイル４１ａ，４１ｂの間にて現像ロール３２の回転軸方向に沿って直線状に延ばした線を振動体３２ｃに埋設し、二つのコイル４１ａ，４１ｂが繋がった一つのコイルの状態とし、互いのコイル４１ａ，４１ｂの繋がっていない側を芯金３２ａの両端側に夫々設けた環状端子に接続することで、これに交流電源から電流を流すようにしてもよい。
【００６３】
また、本実施の形態では、コイル４１が現像ロール３２の両端部分に埋設される態様を示したが、振動体３２ｃが一体的に振動できるようになっていれば、コイル４１をどの位置に埋設するようにしてもよく、例えば現像ロール３２の回転軸方向の中央部分に設けるようにしてもよいし、三箇所以上に設けるようにしてもよい。
【００６４】
図８は、本実施の形態の変形例の現像ロール３２を示すものである。本態様の現像ロール３２は、実施の形態２の現像ロール３２（図７参照）と略同様に構成されるが、コイル４１（４１ａ、４１ｂ）が巻かれた部位が現像ロール３２の両端部であり、更に、コイル４１を、現像ロール３２の回転軸方向における現像可能領域Ｗを超える部位に設けた点に特徴がある。
【００６５】
このような構成とすることで、現像ロール３２の長さは長くなるものの、現像ロール３２の現像可能領域Ｗにはコイル４１が設けられていないため、現像ロール３２の表面は、コイル４１が設けられていない現像可能領域Ｗの部分と、その外側のコイル４１が設けられた部分となる。このような場合、コイル４１がない部分とコイル４１がある部分は、その表面性が異なりやすく、コイル４１がある部分の表面の方が凹凸の大きい表面になり易い。本態様では、このように現像可能領域Ｗにコイル４１が設けられていないため、その部位の現像ロール３２の表面は凹凸が少ない略均一面となり、現像時の現像特性を現像可能領域Ｗに亘って一様にし易くなる。
【００６６】
◎実施の形態３
図９は実施の形態３の現像装置に用いられる現像ロール３２を示すもので、（ａ）は現像ロール３２の概要を示し、（ｂ）は（ａ）の側方断面図である。本実施の形態の現像ロール３２は、実施の形態１や実施の形態２の現像ロール３２（図５等参照）と異なり、振動体３２ｃに対して、コイル４１を埋設する代わりに無機の圧電材料５１を埋設したものとなっている。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態の芯金３２ａは実施の形態１と異なり、磁性材料である必要はなく、例えば非磁性のステンレス鋼等が適用される。そのため、使用するトナーとしては、非磁性一成分トナーに限られず、磁性トナーであっても差し支えない。また、弾性体３２ｂとしては、例えばＪＩＳ硬度２０度の導電性シリコーンゴムが適用され、振動体３２ｃには、例えば導電性アクリル樹脂コートが適用される。また、本実施の形態の振動体３２ｃは、例えば平板状の圧電材料５１（粒径０．５〜２μｍ）が埋設されている。
【００６８】
本実施の形態の振動体３２ｃは、圧電材料５１が埋設されているが、このとき、圧電材料５１は現像ロール３２の面方向に対する伸縮度が厚み方向に比べて大きくなるように配向されている。
【００６９】
圧電材料５１をこのように配向させるには、例えば図１０（ａ）に示すような方法を用いればよい。圧電材料５１（ここでは平板状の微粒子を想定している）を分散媒（例えばアクリル系樹脂＋導電材料＋溶媒等で構成された多少粘性の高い液体が好適）に分散させた溶液６２を容器６１に入れ、この溶液６２を芯金３２ａの周囲にある弾性体３２ｂ上に塗布する。このとき、芯金３２ａを回転させながら行うことで、弾性体３２ｂ上にはある程度均一な塗布が可能となる。そして、本実施の形態では、溶液６２に浸漬後の表面を例えば板ばね製のスキージ６３によって撫でることで、圧電材料５１が弾性体３２ｂの表面に沿って配向される。その後、塗布膜の硬化処理を行うことで、圧電材料５１が埋設された振動体３２ｃが完成する。図１０（ｂ）は振動体３２ｃの要部を示す模式図であり、圧電材料５１は夫々の向きは多少異なるが全体的には弾性体３２ｂの表面に沿って配向された状態で形成される。尚、図中矢印は、後述する分極処理後の圧電材料５１の伸縮方向を示している。
【００７０】
次に、このような構成の現像ロール３２を振動させるには、次のようにすればよい。
図１１（ａ）に示すように、現像ロール３２単品の状態で、振動体３２ｃの周囲に導電板７１を巻き、芯金３２ａと導電板７１との間に直流電圧７２を加えて、圧電材料５１を分極する。尚、このとき、加温するようにしてもよい。
【００７１】
そして、分極処理を行った現像ロール３２を現像装置３０にセットすることで、（ｂ）のように、現像ロール３２と感光体２０とが対向する現像領域ＤＲにおいて、現像電源３６による現像電界が作用し、圧電材料５１が伸縮を繰り返す。このとき、図１０（ｂ）にも示したように、圧電材料５１の伸縮方向は、粒子個々によって異なるが、全体として現像ロール３２の表面に沿った方向に伸縮する。このように現像領域ＤＲにおいて圧電材料５１が伸縮することで、振動体３２ｃが振動する。そのため、現像ロール３２の表面に付着しているトナーは振動が加えられないものに比べて剥がれ易くなり、現像電界が小さくても、感光体２０側に向かって飛翔する。本実施の形態の現像電源３６としては、極性が反転する電界を印加することが必要で、その周波数としては３ｋＨｚ程度のものが適用されるが、このような周波数としては実験等で確認して選定すればよい。
【００７２】
本実施の形態では、圧電材料５１として、平板状のものを用いたが、針状粒子を用いる方が、配向性を高める点では好適である。圧電材料５１として針状粒子を用いる場合、その塗布方法は、図１０（ａ）のような方法を用いるようにしてもよいが、例えば溶液６２中に弾性体３２ｂ毎浸漬させ、芯金３２ａを立てる方向で引き上げるようにしてもよい。このように針状粒子の場合には、針状粒子が弾性体３２ｂの表面に対して法線方向に沿って立ち上がる方向への配向が抑えられ、針状粒子は勢い弾性体３２ｂの表面に沿う方向で配向され易くなる。それ故、現像ロール３２はその表面方向に沿って容易に振動されるようになる。
【実施例】
【００７３】
本実施例は、現像ロールを振動させることで、現像効率がどのように変化するかを確認するために行ったものである。
本実施例では、現像効率をある程度正確に算出する目的で、基本的な装置構成として、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す装置を用いた。（ａ）に示すように、現像容器８５中に非磁性一成分トナーを貯留し、供給ロール８３によって中間ロール８２にトナーを供給する。中間ロール８２は、周速ｖで回転（ここでは周速ｖを６０ｍｍ／ｓとしている）するもので、この中間ロール８２上に供給されたトナーは層規制部材８４にて層規制並びに所望の帯電量が付与される。
【００７４】
一方、現像ロール８１（３２に相当）は中間ロール８２に対して従動回転するように構成され、また、現像ロール８１と中間ロール８２の間には、中間ロール８２上のトナーを従動回転する現像ロール８１に転移させるための転移電源８６が設けられている。ここでは、転移電源８６による転移バイアス５００Ｖでトナーが現像ロール８１に転移する。その結果、現像ロール８１上にはこのような転移がなされたトナー層が存在する。
【００７５】
次に、現像ロール８１上のトナー層に対して、トナー層が（ｂ）に示すトリミング範囲になるように縁の部分をテープでトリミングし、形を整える。このときトリミングによって残るトナー層の面積を基準面積Ｓとする。
そして、（ｃ）に示すように、トリミングされたトナー層を有する現像ロール８１を、単独に中間ロール８２の周速ｖと同じ周速ｖで回転させ、固定されたアルミ板の対向電極８７（感光体２０に相当）と回転する現像ロール８１との間に現像電源８８として直流電圧を作用させた場合のトナーの移動状態を確認した。尚、現像ロール８１と対向電極８７との間隙Ｇは１００μｍとした。
【００７６】
本実施例で使用したトナーは、平均粒径５．８μｍ、外添剤としてシリカ二種、チタニア一種を使用したものを用いた。また、（ｂ）に示すように、現像ロール８１に転移したトナーの帯電量は、−１０μＣ／ｇであり、（ｃ）の符号Ｍｄは現像によって現像されたトナー量を意味し、符号Ｍｒは現像後の現像ロール８１上の残留トナー量を意味する。それ故、現像効率としては、Ｍｄ／（Ｍｄ＋Ｍｒ）となる。尚、本実施例では、（Ｍｄ＋Ｍｒ）／Ｓが一定になるように、各種条件が調整されている。
【００７７】
このような装置での実験において、現像ロール８１として、実施の形態１と同様の構成のものを評価した。
図１３は、現像ロール８１の具体的な様子を示すもので、芯金８１ａの両端部には夫々磁石８９が設けられ、二つの磁石８９で現像ロール８１の芯金８１ａは回転軸方向に向かう磁場が形成されている。また、コイル（図示せず）に対しては、交流電源９０と抵抗９１が直列に接続されている。
【００７８】
本実施例における交流電源９０としては、例えば２４Ｖｐｐ、２００〜４００Ｈｚ、デューティ比５０％の矩形波を用い、抵抗９１としては１０ｋ〜１００ｋΩを用いた。そして、本実施例では、交流電源９０を適用しない場合と、交流電源９０を適用した場合との現像効率を比較した。
【００７９】
図１４は、本実施例の結果を示すもので、現像電圧として１００〜３００Ｖで実験したところ、次の点が確認された。
（１）現像電圧を上昇させるに従い、振動の有無に関係なく現像効率は向上する。
（２）現像ロールを振動させると、振動させない場合に比べ、現像効率が大きく、特に、現像電圧が１５０Ｖのときには２倍以上の現像効率の改善がなされる。
（３）現像ロールを振動させると、振動させない場合に比べ、現像電圧に対する現像効率の飽和傾向が早くなる。
以上のことから、現像ロールを振動させることで、トナーが現像ロールから剥がれ易くなる結果、現像効率が向上することが確認された。
【００８０】
本実施例に加え、コイルに流す電流を図１３に示す範囲で更に実験したが、同様の結果が得られることが確認された。
また、現像電界として交流電圧を用いると共に、現像ロールとして圧電材料を用いた構成においても同様の実験を行ったところ、コイルを用いる構成に比べて振動量が小さくなるものの、現像ロールを振動させる方が振動させない場合よりも現像効率が高くなることが確認された。
【符号の説明】
【００８１】
１…像保持体，２…トナー保持体，３…支持体，４…弾性体，５…振動付与手段，６…振動体，７…振動力供給手段，８…コイル，９…磁場発生源，１０…電流供給源，１１…圧電材料，１２…振動電界供給源，ＤＲ…現像領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像が保持された像保持体に対向して設けられ、回転可能な支持体、および、この支持体の表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体を有し、表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体と、
このトナー保持体の表面部を面方向に沿って振動させる振動付与手段と、を備え、
前記振動付与手段は、
前記弾性体の表面部に設けられ且つ前記トナー保持体のトナー保持面に対して面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体と、
少なくとも前記像保持体上の静電潜像が現像に供される現像領域に対応した部位にて前記振動体が振動するように当該振動体に対し振動力を供給する振動力供給手段と、を具備することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
前記振動力供給手段は、前記振動体が前記トナー保持体の回転軸方向に沿う面方向に振動するように前記振動体に対し振動力を供給することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の現像装置のうち前記支持体がロール状部材である態様において、
前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、前記支持体の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイルを含み、前記トナー保持体の少なくともトナー保持面に対して前記コイルを埋設したものであり、
前記振動力供給手段は、前記支持体のうち少なくとも前記コイルが巻かれた部位に対応して設けられ且つ前記支持体の回転軸方向に沿う磁場を発生させる磁場発生源と、前記コイルに予め決められた周期で極性が変化する電流を供給する電流供給源と、を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３記載の現像装置において、
前記コイルは、前記トナー保持体の回転軸方向における現像可能な現像可能領域に対応する部位に亘って設けられることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項３記載の現像装置において、
前記コイルは、前記トナー保持体の回転軸方向における一部に設けられることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載の現像装置において、
前記磁場発生源は、前記支持体として磁場を発生する磁石部材を用いたことを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項３乃至５のいずれかに記載の現像装置において、
前記磁場発生源は、前記支持体を磁場の発生が可能な磁性材料で構成すると共に、当該支持体の外部に支持体を磁化することで前記支持体に磁場を発生させる磁石部材を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の現像装置において、
前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層に圧電材料が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層の前記圧電材料はトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が当該面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、
前記振動力供給手段は、前記像保持体と前記トナー保持体との間に極性が周期的に変化する振動電界を供給する振動電界供給源を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項８記載の現像装置において、
前記圧電材料は、針状粒子であることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
静電潜像を保持して回転する像保持体と、
この像保持体に対向して設けられ且つ当該像保持体上の静電潜像をトナーにて現像する請求項１乃至９のいずれかに記載の現像装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体であって、
回転可能な支持体と、
この支持体の表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体と、
この弾性体の表面部に設けられ且つ外部から供給される振動力によってトナー保持面に対し面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体と、
を備えることを特徴とするトナー保持体。
【請求項１２】
請求項１１記載のトナー保持体において、
前記支持体は、回転軸方向に沿った磁場が発生する磁石部材又は外部の磁石部材によって回転軸方向に沿った磁場が発生可能な磁性部材を含むロール状部材であり、
前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、予め決められた周期で極性が変化する電流が流されるように、前記支持体の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイルを有し、当該コイルを少なくともトナー保持面に対して埋設したことを特徴とするトナー保持体。
【請求項１３】
請求項１１記載のトナー保持体において、
前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層に圧電材料が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層は圧電材料がトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が前記面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、トナー保持面の法線方向に対して極性が周期的に変化する振動電界を作用させることで、前記圧電材料がトナー保持面の面方向に沿って振動することを特徴とするトナー保持体。
【請求項１】
静電潜像が保持された像保持体に対向して設けられ、回転可能な支持体、および、この支持体の表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体を有し、表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体と、
このトナー保持体の表面部を面方向に沿って振動させる振動付与手段と、を備え、
前記振動付与手段は、
前記弾性体の表面部に設けられ且つ前記トナー保持体のトナー保持面に対して面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体と、
少なくとも前記像保持体上の静電潜像が現像に供される現像領域に対応した部位にて前記振動体が振動するように当該振動体に対し振動力を供給する振動力供給手段と、を具備することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
前記振動力供給手段は、前記振動体が前記トナー保持体の回転軸方向に沿う面方向に振動するように前記振動体に対し振動力を供給することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の現像装置のうち前記支持体がロール状部材である態様において、
前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、前記支持体の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイルを含み、前記トナー保持体の少なくともトナー保持面に対して前記コイルを埋設したものであり、
前記振動力供給手段は、前記支持体のうち少なくとも前記コイルが巻かれた部位に対応して設けられ且つ前記支持体の回転軸方向に沿う磁場を発生させる磁場発生源と、前記コイルに予め決められた周期で極性が変化する電流を供給する電流供給源と、を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３記載の現像装置において、
前記コイルは、前記トナー保持体の回転軸方向における現像可能な現像可能領域に対応する部位に亘って設けられることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項３記載の現像装置において、
前記コイルは、前記トナー保持体の回転軸方向における一部に設けられることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載の現像装置において、
前記磁場発生源は、前記支持体として磁場を発生する磁石部材を用いたことを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項３乃至５のいずれかに記載の現像装置において、
前記磁場発生源は、前記支持体を磁場の発生が可能な磁性材料で構成すると共に、当該支持体の外部に支持体を磁化することで前記支持体に磁場を発生させる磁石部材を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の現像装置において、
前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層に圧電材料が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層の前記圧電材料はトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が当該面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、
前記振動力供給手段は、前記像保持体と前記トナー保持体との間に極性が周期的に変化する振動電界を供給する振動電界供給源を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項８記載の現像装置において、
前記圧電材料は、針状粒子であることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
静電潜像を保持して回転する像保持体と、
この像保持体に対向して設けられ且つ当該像保持体上の静電潜像をトナーにて現像する請求項１乃至９のいずれかに記載の現像装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
表面にトナーを保持して搬送するトナー保持体であって、
回転可能な支持体と、
この支持体の表面部に設けられ且つ少なくとも表面が面方向に沿って移動可能に弾性変形する弾性体と、
この弾性体の表面部に設けられ且つ外部から供給される振動力によってトナー保持面に対し面方向に沿う振動を与えるように振動する振動体と、
を備えることを特徴とするトナー保持体。
【請求項１２】
請求項１１記載のトナー保持体において、
前記支持体は、回転軸方向に沿った磁場が発生する磁石部材又は外部の磁石部材によって回転軸方向に沿った磁場が発生可能な磁性部材を含むロール状部材であり、
前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層の全部若しくは一部に対し、予め決められた周期で極性が変化する電流が流されるように、前記支持体の回転軸方向に沿って螺旋状に巻かれたコイルを有し、当該コイルを少なくともトナー保持面に対して埋設したことを特徴とするトナー保持体。
【請求項１３】
請求項１１記載のトナー保持体において、
前記振動体は、前記弾性体の表面部又は前記弾性体を覆う被覆層に圧電材料が分散された圧電分散層を有し、この圧電分散層は圧電材料がトナー保持面の面方向に沿う伸縮度が前記面方向に交差する厚み方向に比べて大きくなるように配向されたものであり、トナー保持面の法線方向に対して極性が周期的に変化する振動電界を作用させることで、前記圧電材料がトナー保持面の面方向に沿って振動することを特徴とするトナー保持体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−８３８２９（Ｐ２０１３−８３８２９Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４２３３（Ｐ２０１１−２２４２３３）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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